La lamine de type A, codée par le gène LMNA , a un rôle essentiel dans la structure du noyau. Son interaction avec la chromatine lui confère une fonction dans la modulation de la transcription des gènes via des modifications épigénétiques de leurs régions régulatrices [ 1 ]. De nombreuses mutations de LMNA sont responsables de laminopathies, des maladies rares pouvant affecter différents tissus. On distingue quatre catégories de laminopathies selon le tissu affecté : les laminopathies des muscles striés, des tissus adipeux, des nerfs périphériques, et les laminopathies multi-systémiques, comme la progéria [ 2 ]. La dystrophie musculaire d’Emery Dreiffus (DMED), décrite en 1966, est une laminopathie des muscles striés touchant 1 personne sur 300 000. Les patients développent des faiblesses musculaires, des rétractions des tendons et une cardiomyopathie dilatée, avec un âge d’apparition et une sévérité des premiers signes cliniques variables [ 3 ]. En particulier, la mutation His222Pro de LMNA cause une DMED autosomique dominante avec une atteinte cardiaque prédominante [ 4 ]. Elle provoque une dilatation des cavités cardiaques, une diminution de la contractilité du myocarde, et un défaut de la conduction ventriculaire pouvant causer une mort subite. À ce jour, il n’existe pas de traitement de la DMED, et les cas les plus graves doivent subir une transplantation cardiaque.

La lamine de type A est exprimée tôt au cours de l’embryogenèse [ 5 ]. La mutation His222Pro de LMNA , comme d’autres mutations de ce gène, est responsable de cardiomyopathies sévères chez de jeunes enfants, nécessitant parfois une transplantation cardiaque dès l’âge de 8 ans [ 6 , 7 ]. Nous avons émis l’hypothèse que cette mutation pouvait affecter la formation du cœur durant l’embryogenèse. En utilisant un modèle murin et des cellules souches embryonnaires issues de souris porteuses de la mutation à l’état hétérozygote ( Lmna ^H222P/+ ) ou homozygote ( Lmna ^H222P/H222P ) [ 8 ], nous avons étudié l’impact de l’empreinte épigénétique de cette mutation sur la régulation génique et ses conséquences pour la formation du cœur.

Au jour embryonnaire E13,5, 85 % des souris mutantes homozygotes Lmna ^H222P/H222P présentent une dilatation des oreillettes, et 40 % une dilatation du ventricule gauche. De plus, ces souris ont des défauts de septation ventriculaire, une hypertrabéculation, une diminution de la contractilité, et présentent une diminution de l’épaisseur de la paroi des ventricules. Ce modèle murin reproduit donc, dès les stades embryonnaires, la cardiomyopathie dilatée sévère des patients atteints de DMED, ce qui témoigne du caractère congénital de cette laminopathie [ 9 ].

De même, pour les cellules souches embryonnaires Lmna ^H222P/+ différenciées vers les trois feuillets embryonnaires (ectoderme, endoderme, et mésoderme) au sein de corps embryonnaires, on observe un retard de la différenciation du mésoderme cardiogénique, avec une contraction des cardiomyocytes débutant plus tardivement ( i.e ., après 14 jours de culture) que lorsque des cellules non porteuses de la mutation (début de la contraction après 7 jours) sont utilisées. De plus, les cellules Lmna ^H222P/+ différenciées en cardiomyocytes présentent une désorganisation sarcomérique, ainsi qu’un défaut du couplage excitation-contraction révélé par une moindre amplitude des oscillations calciques [ 9 ].

Nous avons ensuite analysé le transcriptome cardiaque des souris Lmna ^H222P/+ et Lmna ^H222P/H222P à E13.5, et avons mis en évidence, chez les souris mutantes homozygotes, une anomalie de la transcription de 1 747 gènes. En particulier, plusieurs gènes impliqués dans la trabéculation ( Notch , BMP10 ), dans le couplage excitation-contraction ( Cav1 , RyR2, Pln ), ou dans la myofibrillogenèse ( Myl2 , Myl7 ) étaient significativement moins exprimés chez ces souris. L’analyse du transcriptome des cellules souches embryonnaires Lmna ^H222P/+ en cours de différenciation a révélé une dérégulation précoce, au stade du mésendoderme : diminution de la transcription de gènes impliqués dans la transition épithélio-mésenchymateuse nécessaire à la formation du mésoderme ( Twist, Snail1 ), ou dans la cardiogenèse précoce ( Mef2c , Nkx2.5 , Mesp1 , Fgf8 , Tbx5 , Isl1 ), et augmentation de la transcription de Brachyury et du gène codant la E-cadhérine [ 9 ]. La dérégulation de ces gènes pendant l’embryogenèse peut expliquer les malformations cardiaques et leurs conséquences chez des patients DMED.

Une augmentation de l’expression du gène codant la E-cadhérine et une diminution de l’expression de Twist , Snail1 et Mesp1 ayant été observées dans les cellules souches embryonnaires Lmna ^H222P/+ en cours de différenciation, nous avons étudié, dans ces cellules, le profil épigénétique des régions régulatrices de ces gènes. Les régions amplificatrices et promotrices du gène codant la E-cadhérine présentaient un enrichissement des marques épigénétiques H3K4me1 et H3K27ac, permettant une activation plus intense de ce gène. À l’inverse, dans les régions amplificatrices de Twist et Mesp1 , nous avons détecté une diminution de la marque H3K4me1, qui rend compte de la diminution d’expression de ces gènes [ 9 ].

La dérégulation de la marque H3K4me1 nous a conduits à analyser l’expression de la déméthylase de l’histone LSD1 ( lysine-specific histone demethylase 1A ). Elle est augmentée dans les corps embryonnaires Lmna ^H222P/+ , ce qui expliquerait l’effacement de H3K4me1 sur les régions régulatrices des gènes impliqués dans la transition épithélio-mésenchymateuse [ 9 ]. Incidemment, la formation des métastases de carcinomes implique également une transition épithélio-mésenchymateuse et LSD1, qui, dans ce cas, favorise cette transition [ 10 ].

Sous l’effet d’un inhibiteur pharmacologique de LSD1 développé pour le traitement du cancer ou de petits ARN interférents inhibant la traduction du gène codant LSD1, les cellules souches embryonnaires Lmna ^H222P/+ en train de se différencier retrouvent une empreinte H3K4me1 normale dans les régions régulatrices de Twist et de Mesp1 . De plus, les gènes Myl2 et Myl4 , impliqués dans la myofibrillogenèse, sont de nouveau exprimés. Une meilleure organisation sarcomérique et une augmentation des corps embryonnaires montrant des zones contractiles sont aussi observées [ 9 ].

Le traitement de souris gestantes avec l’inhibiteur de LSD1 (1 mg/kg) aux stades embryonnaires E7,5 et E8,5 a considérablement amélioré le phénotype des embryons mutants homozygotes : ils ne présentent plus de dilatation des cavités cardiaques pendant la vie fœtale ou post-natale, et ont une meilleure contractilité du myocarde, semblable à celle des souris hétérozygotes. L’administration d’un inhibiteur de LSD1 à la femelle gestante permet la correction des défauts épigénétiques causés par la mutation His222Pro de LMNA chez le fœtus, améliore la cardiogenèse, et rétablit le fonctionnement cardiaque [ 9 ].

Cependant, des considérations éthiques concernant l’administration d’un tel traitement à une femme enceinte pour protéger son fœtus de la cardiomyopathie nous ont conduits à tester directement une thérapie du nouveau-né atteint. Chez les mammifères, les cardiomyocytes conservent une capacité de prolifération pendant plusieurs jours ou pendant plusieurs semaines après la naissance, voire pendant six mois chez les Hommes [ 11 , 12 ]. Nous avons traité les souriceaux mutants homozygotes avec l’inhibiteur de LSD1, 1 jour et 3 jours après leur naissance. À l’âge de 6 mois, les souris traitées à la naissance avaient une morphologie cardiaque normale, avec une diminution de la fibrose du myocarde (quantifiée comme étant seulement de 6 %) par rapport aux souris non-traitées (fibrose à 32 %) [ 9 ]. Il semble donc important de diagnostiquer le plus tôt possible les laminopathies humaines causant des défauts cardiaques, afin de pouvoir les traiter dès les premières semaines de vie post-natale, lorsque les cardiomyocytes prolifèrent encore [ 12 ].

La dynamique de formation et déconstruction des complexes chromatiniens permet de réguler finement la transcription de gènes spécifiques à un instant précis de la vie embryonnaire ou adulte. Les lamines de type A étant associées à la chromatine, la mutation Lmna ^H222P/+ pourrait entraîner la séquestration de la protéine LSD1 à la périphérie du noyau cellulaire, ainsi que celle du complexe NurD ( nucleosome remodeling and deacetylase ), d’UTX (ou lysine déméthylase 6A, KDM6A), une déméthylase de l’histone H3K27 exerçant son action su sein du complexe chromatinien COMPASS, ou de coREST ( co-repressor of RE1 silencing transcription factor ). Ces complexes multi-protéiques auxquels LSD1 peut s’associer regroupent des enzymes modificatrices de la chromatine et modulent la transcription génique sur des régions régulatrices de gènes impliqués dans la transition épithélio-mésenchymateuse, comme Mesp1 et Twist . Cette séquestration provoquerait une hyperactivité locale induisant la déméthylation de la marque H3K4me1 des régions régulatrices des gènes Mesp1 et Twist , qui seraient alors moins exprimés. La transition épithélio-mésenchymateuse étant essentielle pour la formation du cœur dans l’embryogenèse, une inhibition de ces gènes entraînerait une limitation de la formation de cellules progénitrices, puis de cardiomyocytes, conduisant à une cardiomyopathie dilatée.

Alors que pendant le développement embryonnaire, LSD1 inhibe la transition épithélio-mésenchymateuse et provoque des malformations cardiaques, chez l’adulte, LSD1 inhibe les gènes épithéliaux (effet favorisant la transition épithélio-mésenchymateuse) nécessaires à une fonction cardiaque normale et induit de la fibrose ( Figure 1 ) . Les cibles génomiques de LSD1 pendant l’embryogenèse ou au cours de maladies survenant chez l’adulte dépendent probablement de l’usine transcriptionnelle, incluant les complexes UTX/NurD ou CoREST, dans laquelle LSD1 va résider [ 13 – 15 ].

Figure 1. Mécanisme d’action épigénétique de LSD1 (lysine-specific histone demethylase) chez l’embryon et chez l’adulte : du normal au pathologique. Le point d’interrogation indique que l’identité des complexes chromatiniens est inconnue. TEM : transition épithélio-mésenchymateuse.

Figure 1. Mécanisme d’action épigénétique de LSD1 (lysine-specific histone demethylase) chez l’embryon et chez l’adulte : du normal au pathologique. Le point d’interrogation indique que l’identité des complexes chromatiniens est inconnue. TEM : transition épithélio-mésenchymateuse.

À ce jour, on ignore encore pourquoi le phénotype des patients atteints de laminopathies cardiaques apparaît à différents âges. Il serait essentiel de les dépister dès les premiers jours de vie afin d’utiliser la fenêtre de régénération cardiaque post-natale pour les traiter avec un inhibiteur de LSD1.

De plus, la plupart des patients atteints de cardiomyopathies par mutation de la lamine décèdent subitement à cause d’une tachycardie ventriculaire qui pourrait être due à une absence de maturation du système de conduction périphérique sous-épicardique. Ce système est en partie formé au cours du développement embryonnaire par une transition épithélio-mésenchymateuse de l’épicarde [ 16 ]. Nous nous intéressons désormais à l’impact de la mutation sur la formation du tissu de conduction périphérique, et recherchons si l’inhibition de LSD1 pourrait diminuer le risque de mort subite chez les patients [ 9 , 17 ].

Les auteurs déclarent n’avoir aucun lien d’intérêt concernant les données publiées dans cet article.