Rapport de recherche : Analyse des variations pathogènes de NEB révélant un nouveau mécanisme de myopathie némaline et impact de l’Omecamtiv Mecarbil sur la force

Contexte et motivation de la recherche

La myopathie némaline (Nemaline Myopathy, NEM) est une maladie génétique rare et hétérogène, caractérisée principalement par une hypotension musculaire et une faiblesse musculaire. Pathologiquement, cette maladie est causée par un désordre des disques Z des myofibrilles et une accumulation de corps némalins, qui sont des agrégats des disques Z et des protéines de filaments fins. On estime que la prévalence de cette maladie est d’environ deux cas pour 100 000 naissances vivantes, représentant 17% des myopathies congénitales. À ce jour, il n’existe aucun traitement efficace pour cette maladie.

La myopathie némaline implique des variations pathogènes dans au moins 13 gènes, parmi lesquels les variations du gène NEB sont une cause majeure, représentant 35% des variations pathologiques. Le gène NEB code pour une grande protéine de filament fin appelée nébuline, qui joue un rôle clé dans divers processus physiologiques importants des muscles squelettiques, tels que la régulation de la longueur des filaments fins (thin filament length, TFL), l’alignement des sarcomères et le cycle des ponts transversaux. Par conséquent, cet article examine en détail les variations pathogènes du gène NEB et leurs effets sur l’ARNm, les protéines et les propriétés mécaniques, dans le but de révéler de nouveaux mécanismes pathogènes et de vérifier le potentiel du médicament Omecamtiv Mecarbil à améliorer la fonction musculaire chez les patients atteints de cette maladie.

Origine de l’étude

Cette étude a été réalisée par Esmat Karimi, Jochen Gohlke, Mila Van Der Borgh et d’autres chercheurs des institutions telles que l’Université de l’Arizona aux États-Unis, le Collège de médecine du Wisconsin, et le Centre médical universitaire d’Amsterdam, et publiée en 2024 dans l’Acta Neuropathologica.

Processus de recherche

Sujets de l’étude et traitement des échantillons

Cette étude inclut 10 patients diagnostiqués avec NEM2, présentant des types variés de variations pathologiques, ainsi que 3 individus sains sans symptômes liés à une myopathie comme groupe de contrôle. Tous les échantillons de biopsie musculaire ont été obtenus de la banque de tissus de myopathies congénitales (CMD-TR) du Collège de médecine du Wisconsin, traités par congélation à -80°C, puis soumis à des analyses RNASeq et à des identifications de l’expression des protéines.

Séquençage de l’ARN

Les tissus musculaires congelés ont été traités pour l’extraction de l’ARN et soumis à un séquençage de l’ARN. Après le séquençage, des logiciels spécifiques ont été utilisés pour analyser les données de l’ARN afin d’examiner l’impact des variations sur la transcription et l’épissage de l’ARN du gène NEB. Les résultats ont montré que la plupart des variations tronquées affectaient la stabilité de l’ARNm du NEB, conduisant à la dégradation non-sens (nonsense-mediated decay, NMD). De plus, une activation élevée des sites d’épissage cryptiques a également été observée dans les échantillons de patients, ces sites d’épissage cryptiques étant généralement activés uniquement sous l’influence des variations.

Identification de l’expression des protéines

L’expression de la protéine nébuline a été évaluée par électrophorèse sur gel d’agarose SDS et par méthode de Western blot, et les niveaux détectés de la protéine nébuline ont été normalisés par comparaison avec la chaîne lourde de myosine (myosin heavy chain, MHC) dans les muscles squelettiques. Les résultats ont montré que certains patients avaient des niveaux de protéine nébuline proches de la normale, tandis que d’autres avaient des niveaux significativement réduits. De plus, la structure de l’hélice alpha de la nébuline, prédite par Alphafold, a révélé que les insertions causées par l’activation des sites d’épissage cryptiques pourraient perturber les sites de liaison à l’actine.

Caractéristiques mécaniques des fibres musculaires

Des analyses mécaniques ont été réalisées sur des fibres uniques à membrane perméabilisée, mesurant la force musculaire à différents niveaux de calcium, y compris la force maximale et submaximale avant et après traitement avec le médicament Omecamtiv Mecarbil (OM). Les résultats ont montré que pour les patients, OM augmentait significativement la force submaximale, cette augmentation étant la plus marquée chez les patients avec les niveaux les plus bas de nébuline.

Mesure de la longueur des filaments fins

Les tissus musculaires ont été colorés avec de la phalloïdine fluorescente pour mesurer la longueur des filaments fins. Certains patients ont montré un raccourcissement de la longueur des filaments fins, tandis qu’un patient avec une protéine nébuline étendue a montré des filaments fins plus longs.

Principales découvertes et conclusions

Variations génétiques et leurs effets sur les niveaux de transcription et de protéines

L’étude a révélé que les variations tronquées entraînaient généralement la dégradation de l’ARNm par le processus de NMD. Ce mécanisme explique pourquoi les protéines nébuline tronquées ne sont pas détectées au niveau protéique. De plus, l’activation des sites d’épissage cryptiques conduit à un épissage anormal de l’ARN et à des insertions atypiques, ayant divers degrés d’impact sur la transcription et les niveaux de protéines NEB.

Niveaux d’expression des protéines et fonction musculaire

La diminution des niveaux de la protéine nébuline est négativement corrélée au raccourcissement de la longueur des filaments fins (TFL) et à la diminution de la tension musculaire. Ce phénomène est particulièrement prononcé chez les patients avec les niveaux les plus bas de protéines. De plus, un patient présentant une variation d’extension du NEB entraînant une nébuline plus longue a montré une TFL plus longue, révélant ainsi que la myopathie némaline pourrait impliquer à la fois des filaments fins courts et longs dans son mécanisme pathologique.

Potentiel thérapeutique du médicament

L’OM, en tant qu’agoniste de petites molécules, a montré une augmentation significative de la force submaximale chez les patients NEM2, surtout chez ceux avec les niveaux les plus bas de nébuline. L’OM augmente la sensibilité au calcium et prolonge la durée de l’état de liaison forte des têtes de myosine, ce qui augmente significativement la force à un niveau d’activation submaximale. Cette découverte jette les bases de l’utilisation potentielle de l’OM pour traiter les patients NEM à l’avenir.

Signification de la recherche et valeur appliquée

Cette étude révèle pour la première fois un nouveau mécanisme pathogène des variations du gène NEB, incluant l’activation des sites d’épissage cryptiques entraînant un épissage anormal et son impact sur la nébuline et la longueur des filaments fins. Plus important encore, l’étude montre que l’OM pourrait être un médicament efficace pour améliorer la fonction musculaire chez les patients NEM2, particulièrement ceux avec de faibles niveaux de nébuline. Ces découvertes enrichissent non seulement notre compréhension des mécanismes moléculaires de la myopathie némaline, mais fournissent également des informations précieuses pour le développement de traitements ciblés.

Points forts de la recherche

1. Révélation d’un nouveau mécanisme pathogène : Première découverte de l’activation des sites d’épissage cryptiques conduisant à un épissage anormal de l’ARN et son impact sur la fonction des protéines.
2. Potentiel thérapeutique de l’OM : Découverte que l’OM peut augmenter significativement la force musculaire chez les patients NEM2, en particulier chez ceux avec de faibles niveaux de nébuline.
3. Relation entre niveaux de protéines et fonction : Établissement d’une relation négative entre les niveaux de protéine nébuline, la longueur des filaments fins et la force musculaire à travers une étude détaillée, fournissant des bases importantes pour des recherches ultérieures.

Cette recherche propose de nouvelles perspectives et solutions potentielles pour le traitement futur de la myopathie némaline, offrant une grande valeur scientifique et clinique.