Impact de la déplétion de Nudcd3 sur la recombinaison V(D)J

Dans la recherche sur les déficits immunitaires congénitaux, en particulier dans le domaine des anomalies du développement des cellules T, il est crucial d’identifier les gènes et les voies clés. Parmi celles-ci, les études sur le déficit immunitaire combiné sévère (SCID) et le syndrome d’Omenn (OS) montrent l’importance de la réorganisation et de la signalisation du récepteur des cellules T (TCR), ainsi que du signal de survie transmis par le récepteur de l’interleukine 7 (IL-7R) au cours du développement des lymphocytes T. Cependant, les mécanismes génétiques de ces maladies ne sont pas encore entièrement compris, et de nombreux gènes inconnus pourraient y participer. Par conséquent, Chen et al. ont mené une étude approfondie pour déterminer le rôle d’un nouveau gène, Nudc domain-containing 3 (Nudcd3), dans le SCID et l’OS.

Contexte et objectif de l’étude

Le SCID et l’OS sont deux maladies immunitaires graves et potentiellement mortelles, caractérisées par une sensibilité extrêmement élevée aux infections. Le SCID se manifeste généralement par une absence totale de cellules T et B, tandis que l’OS se caractérise par une prolifération anormale de cellules T oligoclonales, entraînant des inflammations cutanées et viscérales ainsi qu’une sensibilité aux infections similaire à celle du SCID. Ces dernières années, de nombreux pays ont commencé à dépister les nouveau-nés pour détecter les déficiences immunitaires des cellules T, afin de permettre des traitements précoces tels que la thérapie enzymatique de substitution, la thérapie génique ou la transplantation de cellules souches hématopoïétiques (HSCT). Cependant, le diagnostic moléculaire de ces maladies reste un défi inédit. Les gènes associés au SCID connus, notamment les recombinases RAG1 et RAG2 ainsi que les composants des mécanismes de réparation de l’ADN correspondants, ne suffisent manifestement pas à expliquer tous les cas. Par conséquent, l’exploration de nouveaux gènes pathogènes est d’une grande importance pour améliorer la médecine de précision.

Origine de l’étude

Cette étude a été réalisée en collaboration par des chercheurs de Newcastle University, Wellcome Sanger Institute, Erasmus University Medical Center, University of Birmingham, University of Sussex, et d’autres institutions de recherche. L’article de recherche a été publié le 24 mai 2024 dans la revue Science Immunology, avec Sophie Hambleton comme auteur correspondant.

Processus de recherche

L’équipe de recherche a utilisé le séquençage de l’exome entier (WES) et une analyse intégrée pour découvrir une mutation homozygote de délétion dans le gène Nudcd3 chez 11 patients provenant de quatre familles consanguines. Ensuite, les effets de la mutation Nudcd3 ont été analysés en détail par les étapes suivantes :

1. Identification des sites de mutation et expression des protéines : L’étude a révélé une mutation faux-sens dans le gène Nudcd3, remplaçant une glycine par une aspartate (c.155G>A). Les prédictions par plusieurs programmes (tels que CADD et PolyPhen2) ont confirmé que cette mutation était hautement délétère. L’expression de la protéine Nudcd3 était significativement réduite dans les cellules des patients, alors que l’expression de l’ARNm était normale, indiquant que cette variante avait un faible phénotype.

2. Analyse des interactions protéiques et fonctionnelles : Les analyses de co-immunoprécipitation et de spectrométrie de masse ont montré que la capacité de dimérisation de la protéine mutante Nudcd3G52D était significativement réduite, mais les interactions avec les partenaires protéiques connus (tels que les protéines de la famille HSP) n’étaient pas significativement modifiées. De plus, le séquençage d’ARN à cellule unique (scRNA-seq) a révélé une distribution anormale significative des sous-groupes de lymphocytes T chez les patients.

3. Expériences de détection de la recombinaison V(D)J : Des expériences in vitro et des modèles murins ont montré que la variante Nudcd3 affectait significativement l’activité de recombinaison lors du processus de recombinaison V(D)J, jouant un rôle clé dans la distribution de la protéine RAG1 du nucléole à l’ensemble du noyau.

4. Validation par modèle murin : En utilisant la technologie CRISPR-Cas9, l’équipe de recherche a créé un modèle murin portant la même mutation G52D et a constaté que ces souris présentaient des phénotypes de déficience immunitaire et de petite taille, bien que ces effets soient relativement plus légers que chez les humains. Les expériences de transplantation rétrospectives ont également montré que les cellules déficientes en Nudcd3 rencontrent les mêmes difficultés de développement des cellules T et B dans l’environnement in vivo.

Résultats de l’étude

1. Impact de la mutation sur la recombinaison V(D)J : L’étude a montré que la déplétion de Nudcd3 entrave principalement la recombinaison V(D)J en affectant la rétention et la redistribution de la protéine RAG1 dans le nucléole. Dans les cellules des patients, RAG1 reste principalement dans le nucléole, alors qu’elle devrait être distribuée dans tout le noyau sous la direction de RAG2 en conditions normales.

2. Distribution anormale des cellules immunitaires : En utilisant la technologie de séquençage d’ARN à cellule unique, l’étude a révélé que les patients déficients en Nudcd3 présentaient des phénotypes anormalement distribués des sous-groupes de cellules T, en particulier des cellules CD4^+, CD8^+ et γδ T. De plus, les cellules T monoclonales étaient majoritaires, et l’utilisation des gènes TCR était également significativement réduite, montrant un phénotype monoclonal extrême.

3. Caractéristiques phénotypiques du modèle murin : En réintroduisant la mutation G52D chez la souris, il a été vérifié que cela entraîne également une déficience immunitaire significative chez la souris, bien que les autres fonctions des organes internes soient principalement normales.

Conclusions et significations

Grâce à des validations à plusieurs niveaux et angles, l’équipe de recherche a déterminé la nécessité absolue de Nudcd3 dans la recombinaison V(D)J et le développement des lymphocytes. Cette découverte non seulement révèle un nouveau mécanisme génétique, mais pourrait également fournir des indices importants pour le diagnostic et le traitement futurs du SCID et de l’OS. L’utilisation de la HSCT et d’autres thérapies a permis de guérir certains patients, ce qui souligne l’importance du diagnostic et du traitement précoces.

Points forts de l’étude

1. Identification de la mutation de Nudcd3 : Première découverte d’une association claire entre la mutation de Nudcd3 et des maladies immunitaires graves.
2. Validation à plusieurs niveaux : De la séquence génétique à l’interaction protéique en passant par le modèle murin, l’étude a été vérifiée de manière exhaustive.
3. Guide pour la médecine de précision : Révéler le mécanisme pathogène du gène Nudcd3 fournit une nouvelle cible pour la médecine de précision dans le traitement du SCID et de l’OS.

Perspectives futures

Les recherches futures pourraient explorer plus avant les mécanismes d’interaction entre Nudcd3 et d’autres partenaires moléculaires, et examiner si des protéines auxiliaires aux fonctions similaires existent. Cela aidera à améliorer notre compréhension de la recombinaison V(D)J et des maladies associées, et pourrait conduire au développement de nouvelles stratégies d’intervention.

Cette étude offre non seulement de nouveaux aperçus sur les mécanismes moléculaires des déficiences immunitaires, mais ouvre également une nouvelle direction pour le développement de la médecine de précision. En comprenant mieux le rôle de Nudcd3, nous pourrions développer des traitements plus efficaces pour sauver plus de patients atteints de maladies immunitaires.