L’intérêt de la modélisation pour l’étude de la dystrophine . 50

L’étude des répétitions de la dystrophine est un enjeu important pour comprendre la corrélation génotype-phénotype des dystrophinopathies. En effet, la majorité des mutations observées chez les patients se situent dans ce domaine central. Peu d’études sont réalisées sur la dystrophine native et très peu d’études existent sur les dystrophines tronquées pro-duites. Or, il est primordial de connaitre la structure de la dystrophine et en particulier de ses répétitions pour connaitre la fonctionnalité des dystrophines tronquées observées chez les patients et des dystrophines créées pour les thérapies. Les études récentes décrivent le domaine central de la dystrophine comme impliqué dans de nombreuses interactions au sein de la cellule musculaire. La structure des répétitions du domaine central n’ayant pas été résolue expérimentalement, il n’existe pas d’étude des interactions au niveau moléculaire de ce domaine central.

Ainsi, nous proposons une étude de la structure du domaine central par une approche de modélisation par homologie couplée à de la dynamique moléculaire. Cette approche per-mettra d’étudier le comportement des dystrophines tronquées et de les comparer entre elles pour aider à comprendre pourquoi certaines dystrophines tronquées sont associées à des phénotypes plus ou moins sévères.

1.4 Objectifs du travail

La dystrophine est une protéine impliquée dans les myopathies de Duchenne (DMD) et de Becker (BMD). Malgré les nombreuses recherches cliniques et thérapeutiques effectuées sur la DMD, le rôle moléculaire précis de la dystrophine est largement méconnu rendant la corrélation entre génotype et phénotype difficile à établir. Cette corrélation est pourtant indispensable pour proposer de nouvelles thérapies efficaces aux patients. C’est dans ce contexte que se déroule ce travail de thèse.

Nous proposons d’aller plus loin dans la corrélation génotype-phénotype en étudiant la fonctionnalité des dystrophines mutées exprimées chez les patients afin de répondre aux trois questions suivantes :

• Comment la structure de la dystrophine permet-elle de comprendre sa fonction au sein des cellules musculaires ?

• Que peut-on déduire des mutations en phase identifiées chez les patients ?

• Comment l’étude de la structure de la dystrophine et de ses mutations permet-elle de corréler génotype et phénotype ?

Une des difficultés majeures pour l’étude de la dystrophine est sa très grande taille (3685 acides aminés) qui rend très difficile les approches expérimentales. C’est pour cela qu’au sein de l’équipe, nous étudions cette protéine par fragments. Ces fragments sont proposés en fonction de la présence d’un domaine de liaison ou d’une région présentant des mutations d’intérêt. Afin de proposer des études multi-disciplinaires de ces fragments, la même stratégie est appliquée pour les différentes approches développées au sein de l’équipe dont celles développées dans ce travail de thèse.

Deux approches in silico ont été mises en place au cours de ce travail de thèse, l’une étudie précisément la structure des répétitions du domaine central et l’autre propose une vision plus intégrative de la dystrophine et de ses mutations.

Le chapitre 2 exposera l’utilisation couplée de la modélisation et de la dynamique moléculaire effectuée sur une région précise de la dystrophine : le domaine central. Cette approche permet de pallier à l’absence de structure expérimentale. Dans un premier temps, l’étude des 24 répétitions natives de la dystrophine sera décrite. L’article correspondant est disponible en annexe C. Dans un deuxième temps, l’étude des répétitions tronquées sera présentée. Cette étude porte sur un fragment de dystrophine allant de la répétition 16 à 21 où la région correspondante du gène a été identifiée comme hautement muta-gène. La modélisation puis la dynamique moléculaire permettent de comparer le fragment de protéine native avec quatre fragments de protéines tronquées identifiées chez des patients.

Le chapitre 3 présente une approche plus globale des conséquences des mutations en phase sur la fonctionnalité des dystrophines mutées. La base de données eDystrophin permet l’ana-lyse d’une collection de plus de 200 mutations en phase. En effet, nous proposons une analyse automatisée et prédictive des conséquences d’une mutation sur les domaines de liaison et la structure tridimensionnelle de la protéine produite suite à ces mutations en phase. De plus, ces données sont mises en relation avec les données cliniques fournies par le Laboratoire de Biochimie et de Génétique de l’Institut Cochin. La base de données est librement accessible à l’adresse : http://edystrophin.genouest.org/ et l’article correspondant est disponible en annexe D.

Chapitre 2

La modélisation des répétitions de la

dystrophine

L’étude du domaine central de la dystrophine par des approches de modélisation molé-culaire s’est déroulée en deux temps.

Dans un premier temps, une étude, à laquelle j’ai participé, a été mise en place sur les ré-pétitions de la dystrophine native. Cette étude a permis de mieux caractériser les réré-pétitions et de mettre en évidence leur hétérogénéité. Elle fait l’objet d’un article [Legrand 2011].

Dans un deuxième temps, nous avons étudié des répétitions tronquées observées chez des patients. Nous nous sommes alors tout particulièrement intéressés à la région comprise entre les répétitions 16 à 21 qui comprend le point chaud de mutations codé par les exons 45 à 53. Nous avons ainsi comparé le fragment de protéine native à quatre fragments de protéines tronquées correspondant à des mutations identifiées chez des patients. J’ai réalisé ce travail en collaboration avec Olivier Delalande et Emmanuel Giudice.