Modèles Animaux

Afin de connaître plus précisément le rôle de chaque acteur génétique du SPW, l’utilisation de modèles animaux est obligatoire. Le modèle murin est particulièrement adapté puisque l’on retrouve dans la région 7C de la souris une synténie1 _conservée

avec la région chromosomique humaine 15q11-q13. Il s’agit tout de même du modèle le plus courant, malgré l’étude de Spikol et collaborateurs [325] qui ont utilisé le modèle du zebrafish (ou poisson zèbre en français). Nous résumerons dans cette section les rôles connus de chaque gènes importants dans le développement des troubles du SPW.

La première étude qui s’est intéressée à l’effet d’une délétion génétique sur les com- portements observés dans le SPW est celle de Tsai et collaborateurs en 1999 [343]. Dans cette étude, ils ont délété une grande partie de la région PW sur le chromosome 7 de la souris, en incluant plusieurs gènes. Ils ont montré une mortalité post-natale élevée associée à une faible ingestion de nourriture, une détresse respiratoire, une hypotonie et un retard de croissance [343] chez les souris mutantes. Ces observations ont également été faites sur une lignée de souris dont le gène Necdine a été inactivé [143] ainsi que dans l’étude de Relkovic et al (2012) qui enregistrait des taux de mortalité de 90% des

souriceaux à la naissance [271]. Dans ce dernier article, il a également été utilisé un modèle murin avec des gènes inactivés du centre d’empreinte de la région PW (PWS- IC) [271] comme dans l’étude de Tsai [343] mais en se focalisant sur l’enregistrement des comportements et sur les mécanismes attentionnels. Ils ont ainsi pu mettre en évidence que les souris délétées avaient des difficultés attentionnelles à la tâche 5-CSRTT2_{. Ceci}

est un test classique pour étudier les capacités d’attention visuospatiale, du contrôle de l’inhibition et des fonctions exécutives chez la souris. Ces données sont en lien avec des observations cliniques démontrant une diminution spécifique des habiletés d’organisa- tion attentionnelle et visuospatiale chez des patients atteints du SPW [183] qui seront détaillées dans la section sur les troubles neuropsychologiques développés par ces pa- tients.

Ainsi, dans les sections suivantes, l’implication des gènes susceptibles d’être res- ponsables du phénotype PW sera détaillée. Parmi ces gènes nous retrouvons le gène

Necdine, le gène Magel2 ainsi que SNORD116. Tous ces gènes sont localisés au sein

de la région critique PW dans la zone 15q11-12 du chromosome 15 humain. De plus, ces gènes sont soumis à l’empreinte parentale. Cette empreinte fait d’eux des candidats potentiels à l’origine des troubles du SPW.

Le gène Necdine

Les études citées précédemment, emglobaient un cluster de plusieurs acteurs géné- tiques, cependant le rôle exact de chaque gène ne peut être compris via cette approche. Ainsi, l’équipe de Muscatelli en 2000 s’est spécifiquement concentrée sur un gène : le gène Ndn [249] en fabriquant un modèle murin mutant. Ce gène situé au sein de la région critique du PW entre BP2 et BP3, est un gène à expression paternelle. Ce gène code pour une protéine la Necdine, qui est un facteur limitant de la croissance cellulaire en se fixant à des facteurs qui incitent la cellule à sortir du cycle de cellulaire (liaison avec des acteurs comme p533). Ce gène agit principalement sur la différenciation ter- minale des neurones [11].

Les mutants Necdin ont une mortalité post-natale précoce élevée, qui avait également été décrite dans une autre étude [143]. Gérard et al avaient lié cette mortalité précoce à la détresse respiratoire des souriceaux dans les 30 premières heures de vie. En termes de localisation de synthèse, l’expression de Necdine n’était, d’une part, pas ubiquitaire au niveau cérébral, mais localisée dans des zones précises comme le locus coeruleus ou encore l’hypothalamus. Dans ce dernier l’expression de Necdine y est particulièrement importante mais est focaliée dans certaines zones et l’expression n’est pas présente dans tous les neurones post-mitotiques. D’autre part, les souris mutantes ne montrent pas d’altérations structurelles de leurs cerveaux [249]. Par ailleurs, ils ont montré que les

2. Pour plus d’informations sur ce test voir [89]

3. Ce facteur de transcription est important dans le contrôle du cycle cellulaire, l’apoptose ou encore l’autophagie

souris mutantes avaient une diminution du nombre de neurones hypothalamiques expri- mant l’ocytocine (30% de moins) et de neurones exprimant la LHRH4_{(25% de moins).}

Des effets de la Necdine sur la mort cellulaire et sur les réseaux sensoriels ont été décrits [11]. Ainsi, l’absence d’expression de Necdine conduit à une déficience dans le développement des neurones sensoriels ceci entrainant à la naissance des souris ko une perte du nombre de neurones sensoriels qui se repercute jusqu’à l’âge adulte [11]. C’est durant cet intervalle de temps au cours de l’embryogénèse, que ces auteurs décrivent une augmentation (de 40%) de la proportion de cellules qui entrent en apoptose.

Enfin, un autre aspect important du rôle de Necdine porte sur le comportement. En utilisant plusieurs tests classiques de l’étude comportementale chez la souris comme le test de la piscine de Morris ou le test du labyrinthe surélevé, il est retrouvé des réponses comportementales d’exploration/locomotion et d’anxiété normales aussi bien chez les souris sauvages que mutantes. Néanmoins l’activité de grattage cutané est bien plus éle- vée chez les souris mutantes. Il semblerait donc que l’implication de Necdine ne soit pas présente au niveau comportemental. Les effets d’une délétion de ce gène n’entraîne pas de réponses comportementales anormales, et ne semble pas impliqué dans les troubles des comportements décrits dans le PW humain.

L’action de Necdine semble porter davantage sur le développement des neurones au sein essentiellement de l’hypothalamus que sur les comportements. L’absence de Nec-

dine parait préjudiciable sur la survie des souriceaux et au niveau cérébral, sur le survie

neuronale. De part cette implication dans la croissance et la survie cellulaire, l’absence de Necdine pourrait, cher l’Homme, en partie expliquer le nombre restreints de neu- rones exprimant certaines hormones comme l’ocytocine au sein de l’hypothalamus de patients atteints d’un SPW et de mise en place de la régulation des centres respiratoires.

Le gène Magel2

Parmi les gènes impliqués dans la survenue des troubles présents dans le SPW, nous retrouvons Magel2. A l’instar de Necdine, Magel2 est situé dans la région délétée du SPW (voir Figure 1.6). Son expression est prépondérante durant le développement de l’hypothalamus et est soumis à empreinte maternelle. L’expression de Magel2 est restreinte au niveau cérébral, alors que Necdine est également exprimée en périphérie.

Magel2 est un membre de la famille des protéines MAGE5 _{qui sont impliquées dans}

l’organisation du cytosquelette [153], dans la survie cellulaire et la signalisation des neu- rotrophines [42] ou encore dans la transcription et la dégradation des protéines [236].

4. Luteinizing Hormone-Releasing Hormone, impliquée dans la stimulation de la synthèse et de la libération des gonadotrophines

La première action décrite de Magel2 porte sur le cycle circadien. En effet, il a été montré que son expression était particulièrement élevée au sein du Noyau Suprachias- matique (SCN) de l’hypothalamus impliqué dans la régulation du cycle circadien [237]. Ainsi, les souris Ko du gène Magel2, ont des rythmes circadiens et métaboliques aty- piques entrainant une diminution de l’activité des souris. De plus, une plus faible prise de poids avant le sevrage et une forte augmentation du tissu adipeux après le sevrage sont également retrouvées [237]. Cette distinction d’action avant et après le sevrage mime les différentes phase alimentaires du SPW, à savoir des nourrissons avec des diffi- cultés à s’alimenter puis des enfants qui développent une hyperphagie et des troubles de la satiété. On retrouve églament chez les souris mutées, une dépolarisation des réponses neuronales à la leptine au sein du noyau arqué [236], un noyau hypothalamique qui est impliqué également dans la régulation de l’appétit. De part son action sur la prise de poids après le sevrage des souriceaux, Magel2 semble avoir un rôle lors de la phase 2 du SPW chez l’humain [153].

Bien que la dérégulation du cycle circadien ne soit pas un critère diagnostic majeur, on le retrouve parmi les critère mineurs du SPW [51]. De plus, des somnolences diurnes sont fréquentes chez les patients [355]. L’implication de l’orexine6_{, qui est diminuée chez}

les souris Magel2 déficientes, pourrait contribuer à l’explication de ces somnolences et être à l’orignie des troubles du sommeil dans le SPW [42].

L’action de Magel2 sur la neuroanatomie n’est pas toujours rapportée dans les études citées ici. Cependant, une étude complète de Mercer et al en 2009 [235], a utilisé des techniques en neuroimagerie (IRM) afin de quantifier les effets d’une absence de Magel2 sur l’anatomie cérébrale. L’analyse par IRM a révélé que les souris mutantes avaient un volume cérébral diminué de 3.4% comparé à des souris saines. De manière plus pré- cise, il existe des altérations structurelles au niveau des lobes pariéto-temporaux, de l’amygdale, du gyrus denté ou encore du noyau accumbens (la différence de volume est de l’ordre de 5%, illustrée par la Figure1.8) [235]. Malgré sa présence dans l’hypothala- mus, les auteurs ne rapportent pas d’anormalités structurelles anatomiques dans cette région lorsque Magel2 est délété.

Au niveau moléculaire, Magel2 semble avoir des effets sur le système dopaminer- gique et sérotoninergique. En effet, la concentration en sérotonine est abaissée de près de 80% dans le cortex préfrontal et l’hypothalamus, à l’instar de la concentration de dopamine qui chute de 60% dans l’hyptothalamus. Cette diminution des concentrations en sérotonine et en dopamine ne sont pas liées à une réduction du nombre de neu- rones exprimant ces molécules, puisque leurs nombres sont identiques à une population saine [235].

En ce qui concerne le comportement moteur, chez la souris Magel2 ko, on ne retrouve

Figure 1.8 – Images de tranches de cerveaux de souris obtenues par IRM. Les tâches colorées représentent les régions significativement différentes entre les souris mutantes et les souris saines. De part et d’autres des images anatomiques figurent les boxplots respectifs. On remarque que 2 régions sont touchées par la délétion de Magel2 : le lobe temporal et le gyrus denté. Ptc pour Parieto-temporal lobe ; Dgh pour Dentate Gyrus of Hippocampus. Issu des travaux de Mercer et al [235].

pas de troubles des acquisitions motrices au cours du développement (développement physique général, comportement locomoteur) ce qui suggère un tonus musculaire adé- quate. Néanmoins, à l’âge adulte, les souris ont une plus forte proportion de masse graisseuse, parfois des désordres posturaux et de la marche [235].

Par ailleurs, des altérations dans le comportement social sont décrites ainsi qu’une faiblesse dans les habiletés mnésiques des souris mutantes [239]. Dans cette étude, il est intéressant de noter que les troubles du comportement ne sont observés que sur les souris mâles, alors que les femelles ne semblent pas affectées par la délétion génique de

Magel2.

Dans l’étude de Méziane et al en 2015 [239], les souris mutantes ne montraient pas de signe d’anxiété lors du test de "l’open field paradigm"7_{, durant lequel l’anxiété se}

traduit par des comprotements de "freezing", la souris restant totalement pétrifiée. Des résultats contraires sont retrouvés dans l’étude de Mercer et collaborateurs. En plaçant des souris dans une nouvelle cage, ils ont mesuré la quantité de nourriture consommée

7. Boîte souvent cubique contenant plusieurs compartiments et permettant de tester les comporte- ments moteurs ainsi que les réponses aux nouveautés, relatives à l’anxiété

dans la journée par des souris mutantes (qui est diminuée de 88% dans l’étude [42]) et par des souris saines. Ces auteurs ont ainsi démontré que les souris mutantes ne consommaient que 44% de la quantité de nourriture d’une souris saine au premier jour et 66% au second jour. Ils ont considéré cette diminution comme une forme d’anxiété vis à vis d’un nouveau type de nourriture et en lien avec la découverte d’un nouvel environnement [235]. Cependant, lorsqu’ils testent les souris en utilisant un autre para- digme, ils retrouvent une augmentation des comportements d’anxiété uniquement chez les mâles mutants. Ces résultats sont plus proches de ceux obtenus par Meziane et col- laborateurs.

Malgré une anxiété accrue, aucune différence dans les actions de "grooming" sont rap- portées, qui peuvent être considérées comme pouvant refléter des comprotements stéréo- typés et compulsifs quand elles sont effectuées en trop grand nombre [235, 239]. Enfin, il semblerait qu’il y ait également des altérations au niveau mnésique qui peuvent être mises en lien avec les anomalies structurelles au sein de l’hippocampe (Figure 1.8). Les performances au test de la Piscine de Morris révèlent une faiblesse dans l’apprentis- sage qui se traduit par une latence et des distances accrues pour rejoindre la zone dans laquelle se situe la plateforme. Néanmoins, la mémoire de travail ne semble pas affec- tée au regard des performances des souris mutantes dans le test du labyrinthe en Y. Il faut préciser que les déficits mnésiques ne sont observés que chez les mâles mutants [239].

Les souris mutées ont un déclin de la reproduction et sont infertiles à 24 semaines. Du côté des souris femelles Magel2 ko, on retrouve un délai dans l’apparition de la puberté. Du côté des souris mâles, les taux de testostérone sont plus réduits. Ces observations conduisent à la conclusion que Magel2 joue un rôle important sur le développement sexuel, la puberté et la fertilité des souris [237].

En conclusion, l’action du gène Magel2 porte sur la régulation de l’appétit, du mé- tabolisme et sur les hormones sexuelles. Son action sur plusieurs acteurs comme la leptine, l’ocytocine ou l’orexine ainsi que son rôle dans la régulation du cycle circadien, explique en partie les troubles alimentaires et métaboliques du SPW mais ne peut à lui seul expliquer l’ensemble de la symptomatologie comportementale de ce syndrome. Par ailleurs, son action sur le comportement reste encore à éclaircir au vu des résultats parfois contradictoires.

Pour terminer il faut savoir que chez l’Homme, une microdélétion spécifique de Ma-

gel2 existe, et conduit à l’apparition d’un syndrome "PW-like", le Syndrome de Schaaf-

Yang (SYS). Le SYS partage plusieurs caractéristiques cliniques avec le SPW, comme l’hypotonie, les difficultés d’alimentation durant l’enfance, un retard développemental global, en particulier la phase postnatale et le déficit les habiletés sociales et des apnées du sommeil. Au niveau comportemental, la prévalence des traits autistiques est plus élevée dans le SYS que dans le SPW.

Le locus SNORD116

Les derniers gènes importants qui seront abordés ici appartiennent à la famille des gènes qui codent pour de petites ARN nucléolaires (snoRNA) qui participent à la maturation des ARNr8_{. Parmi les gènes de cette famille on retrouve SNORD115}

et SNORD116. Ces gènes ont parfois été regroupés sous le terme générique SNURF-

SNRPN, qui englobe l’ensemble des snoRNAs de cette région [64].

SNORD116 anciennement dénommé sous le nom de HBII-85 est un cluster de gènes

qui code pour des acides ribonucléiques non codant et qui joue un rôle dans la modifi- cation des snoRNA localisés dans le noyau des cellules eukaryotes [381]. Son expression chez la souris est exclusivement restreinte au cerveau [197] et chez l’humain plus spé- cifiquement dans l’hypothalamus et dans les structures contrôlant la prise alimentaire (noyau arqué et noyau paraventriculaire) et la balance énergétique [131].

Une délétion ciblée sur SNORD116, entraine une léthalité néoatale importante des souriceaux avec un retard de croissance dans les 3 premières semaines de vie. Avant le sevrage, le poids des souriceaux mutants (mâles et femelles) est plus faible que celui des souriceaux sains (40% plus bas). Après le sevrage la prise de poids est semblable à celle d’une population saine. En complément de ce faible poids, la taille des mutants est également réduite [100]. À l’âge adulte ces souris ont une force musculaire normale mais démontrent un apprentissage moteur atypique.

Par ailleurs, les souris mutantes ont un volume de l’hypophyse normal, et n’ont pas de diminution du nombre de cellules exprimant la GH. La fertilité des souris semble conservée, mais un retard de maturation des organes sexuels est retrouvé [100, 197]. Dans cette dernière étude, les auteurs rapportent que le retard sexuel n’est présent uniquement que chez les femelles, et qu’il est associé à des comportements hyperpha- giques [197]. En complément de l’hyperphagie, les souris adultes délétées ont des taux de ghréline plasmatique élevés et un métabolisme altéré, mais qui n’est pas corrélé à une régulation de l’homéostasie énergétique déficiente [100]. Malgré la présence d’hy- pherphagie, ces études ne montrent pas d’obésité chez les souris mutantes, voire elles deviennent résistantes à l’obésité induite par un régime riche en graisse. Ce résultat sur- prenant pourrait refléter, selon les auteurs, une spécificité de la régulation de la balance énergétique chez la souris et/ou une organisation génétique différente [64].

La délétion spécifique de SNORD116 dans les neurones exprimant le Neuropeptide Y au niveau du noyau arqué entraine des troubles de la prise alimentaire identiques à ceux décrits chez les souris déficientes en SNORD116 total. Ce resultat nous indique que

SNORD116 a une activité majeure au sein de l’hypothalamus, en intégrant les signaux

de la prise alimentaire et de la balance énergétique [64] contribuant probablement à l’hyperphagie.

Du point de vue du comportement, les études révèlent une augmentation de l’an- xiété chez les souris délétées en SNORD116 [64, 100]. Dans le test de l’Open Field, les souris délétées ont une plus forte proportion à entrer dans le bras fermé (77% pour les WT vs 89% pour les DEL) et à rester plus longtemps dans ce même bras [100]. Pour les auteurs ce comportement reflète une augmentation de l’anxiété et de la peur des souris qui préfèrent alors rester dans un endroit fermé. En utilisant le test du Labyrinthe Y, il est possible d’étudier les capacités mnésiques des souris. En testant des souris mutantes, de 3 puis de 5 mois, les chercheurs n’ont pas rapporté d’altérations de la mémoire de travail ni de la mémoire spatiale [100]. Il semblerait donc que SNORD116 n’agisse pas sur les capacités mnésiques.

Figure 1.9 – Synthèse de l’implication des régions du SPW dans le phénotype des patients. Les barres rouges indiquent des microdélétions génétiques causant un SPW, chaque barre faisant référence à une étude. En vert sont représentées les délétions qui n’ont pas causé l’apparation du phénotype SPW. La région minimale qui serait suspectée comme étant critique dans le SPW est réprésentée par l’encadré en jaune. Cette synthèse est faite sur des observations chez l’humain. Figure adaptée de l’étude de Cavaillé et al [64].

En supplément de ce cluster d’autres snoRNA C/D box sont présentes comme

SNORD115 (HBII-52 ) située en aval de la séquence de SNORD116. L’implication

de SNORD115 dans le phénotype du SPW n’est pas vérifiée et il semblerait que la seule délétion de ce cluster de snoRNAs n’entraînent pas d’apparition de symptomes visibles chez la souris [100]. Il a été démontré le rôle de SNORD115 sur l’épissage et de l’édition des ARNm du gène qui code pour le récepteur 5-HT2C (récepteur séroto- ninergique) [153].

Dans une revue de Cavaillé et al en 2017 [64], il est évoqué qu’il y aurait une région génique plus importante dans la survenue des troubles du SPW. En effet, si l’on se ré- fère à la Figure1.9, les études chez l’humain, avec des délétions spécifiques de certaines régions, rapportent que le phénotype malade est observé uniquement lorsque l’atteinte génétique est sur la région SNURF-SNRPN.

Dans cette section, nous avons vu que la région SPW est une région chromosomique