Modélisation de la dysplasie corticale focale et de l'épilepsie liées aux mutations de DEPDC5 dans les organoïdes corticaux

Les mutations germinales hétérozygotes 'perte de fonction' de DEPDC5, un répresseur du complexe mTORC1, sont une des causes majeures d’épilepsies infantiles associées à une dysplasie corticale focale de type II (DCFII). Une deuxième mutation somatique sur l'allèle fonctionnel, appelé ‘second-hit’, est souvent retrouvée dans les patients DCFII. Mon travail de thèse porte sur l’investigation du rôle de la délétion biallélique de DEPDC5 dans le développement cortical et l'épileptogenèse. Pour cela, j’ai établi un modèle d’organoïdes corticaux humains, dérivés des cellules souches de patient, dans différents états génétiques : hétérozygote, mosaïque et homozygote mutant. Les organoïdes mosaïques résultent d’un mélange des cellules hétérozygotes et homozygotes, et donc ils imitent avec précision le mécanisme génétique propre aux patients. Les analyses histologiques et éléctrophysiologiques à plusieurs stades de développement ont montré la présence des caractéristiques de DCFII, comme l’hyperactivation de mTORC1 et des neurones cytomégaliques chez les organoïdes mosaïques et mutants, ainsi qu’une hyperactivité spontanée du réseau neuronal chez les organoïdes mutants. Le séquençage des ARNm sur cellules uniques a dévoilé des biais de différentiation cellulaire sévères dans les organoïdes mutants. Ces résultats révèlent un rôle inattendu de DEPDC5 dans la corticogenèse humaine, qui pourrait expliquer l'origine de DCFII et des crises épileptiques.Heterozygous germline loss-of-function mutations of DEPDC5, a repressor of the mechanistic target of rapamycin complex 1 (mTORC1), are one of the major causes of genetic drug-resistant childhood-onset focal epilepsies with or without focal cortical dysplasia type II (FCDII). Double-hit mutations consisting of both germline and somatic mutations in DEPDC5 are often found in FCD type II (FCDII) patients. During my PhD training, I aimed to investigate the role of the biallelic deletion of DEPDC5 in human cortical development and epileptogenesis. I therefore established the first DEPDC5 cortical organoid model, derived from patient induced pluripotent stem cells (hiPSCs), in different genetic states – heterozygous, mosaic and homozygous mutant. Mosaic cortical organoids were generated by combining heterozygous and mutant hiPSCs in different proportions, and thus accurately mimic the genetic mechanism occurring in patients. Histological and electrophysiological characterization of cortical organoids at various developmental timepoints showed FCDII features including mTORC1 hyperactivity and enlarged neurons in mosaic and mutant organoids, and spontaneous neuronal network hyperexcitability in mutant organoids. Single-cell transcriptomic profiling further revealed severe cell-fate defects in mutant organoids. These results uncover an unprecedented role of DEPDC5 in human corticogenesis, which may explain the developmental origin of FCDII and the occurrence of seizures