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Theses Year : 2020

Microcephaly-causing WDR81 mutation alters endosomal trafficking of EGFR and leads to reduced progenitor cell proliferation

La mutation WDR81 causant la microcéphalie modifie le trafic endosomique d'EGFR et conduit à une prolifération des cellules progénitrices réduite

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Abstract

Neocortex development is highly regulated and mutations in genes involved in this process may lead to genetic diseases. Microlissencephaly is a congenital and poorly understood brain malformation characterized by the presence of both microcephaly (small brain) and lissencephaly (smooth brain). Our collaborators recently identified compound heterozygous mutations causing this pathology in the human WD repeat domain 81 (WDR81) gene. WDR81 is a poorly characterized protein involved in endosomal maturation through Pi3K regulation. The goal of my PhD project is to characterize the function of WDR81 in the developing brain, and identify how mutations in this gene may lead to pathological brain development.Using CRISPR/Cas9, I have generated a WDR81 knock-out mouse, which shows strong neuronal migration defects and microcephaly, mimicking the human phenotype. I demonstrated that the reduced brain size was not due to increased apoptosis or altered cell fate, but to reduced neural stem cell proliferation. I also observe this phenotype in patient-derived fibroblasts, altogether suggesting altered processing of proliferative signals. Fluorescent EGF uptake assay reveals a strong intracellular accumulation of EGF in early phases endosomes that fails to be processed and cleared giving as well defects in the activation of the receptor itself. My results indicate that mutant cells indeed poorly respond to EGF stimulation.I then investigated the exciting possibility that reduced brain growth (microcephaly) and increased brain growth (megalencephaly) may represent two sides of the same coin. Because my data point to opposite effects on similar pathways, I overexpressed megalencephaly-causing mutated factors in WDR81 KO brains, and tested whether they were able to rescue the microcephaly-causing proliferation defects. My result show that indeed a megalencephaly-causing mutation can overcome the effect of a microcephaly-causing mutation on the proliferation of radial glial progenitors. These two pathologies can therefore arise from a highly related cause: an imbalance in cell cycle regulation leading either to reduced brain growth or to brain overgrowth.
La microlissencéphalie est une malformation cérébrale congénitale caractérisée par la juxtaposition d’un phénotype de microcéphalie (petit cerveau) et de lissencéphalie (cerveau lisse). Nos collaborateurs ont récemment identifié des mutations responsables de cette pathologie dans le gène WDR81 humain. WDR81 est une protéine peu caractérisée et impliquée dans la maturation des endosomes, via la régulation de Pi3K. L'objectif de mon projet de thèse est de caractériser la fonction de WDR81 dans le cerveau en développement et d'identifier comment la mutation de ce gène peut conduire à un développement cérébral pathologique.J'ai généré une souris WDR81 KO qui présente, comme chez l’Homme, de forts défauts de migration neuronale ainsi qu’une microcéphalie. J'ai démontré que cette réduction de la taille du cerveau n'était pas due à une apoptose accrue, mais à une altération de la prolifération des cellules souches neurales, suggérant un défaut d’intégration de signaux prolifératifs. Le suivi de l’internalisation d’EGF fluorescent par des fibroblastes issus de patients m’a permis de montrer un défaut de dégradation d’EGF/EGFR qui s’ accumulent au sein de larges endosomes aberrants. De façon cohérente, mes résultats préliminaires indiquent que les cellules mutantes répondent moins efficacement à l'EGF.J'ai ensuite étudié la possibilité qu'une croissance cérébrale réduite (microcéphalie) et une croissance cérébrale accrue (mégalencéphalie) puissent représenter les deux faces d'une même médaille. Parce que mes données indiquent des effets opposés sur des voies similaires, j'ai surexprimé les facteurs mutants provoquant la mégalencéphalie dans les cerveaux WDR81 KO, et testé s'ils étaient capables de sauver les défauts de prolifération provoquant la microcéphalie. Mon résultat montre qu'en effet une mutation provoquant une mégalencéphalie peut surmonter l'effet d'une mutation provoquant une microcéphalie sur la prolifération des progéniteurs gliaux radiaux. Ces deux pathologies peuvent donc résulter d'une cause fortement liée: un déséquilibre dans la régulation du cycle cellulaire conduisant soit à une croissance cérébrale réduite, soit à une surcroissance cérébrale.
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Dates and versions

tel-03510180 , version 1 (04-01-2022)

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  • HAL Id : tel-03510180 , version 1

Cite

Jacopo Amerigo Carpentieri. Microcephaly-causing WDR81 mutation alters endosomal trafficking of EGFR and leads to reduced progenitor cell proliferation. Cellular Biology. Université Paris sciences et lettres, 2020. English. ⟨NNT : 2020UPSLT004⟩. ⟨tel-03510180⟩
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