Caractérisation physiopathologique des syndromes myasthéniques congénitaux : l'exemple de mutations dans le gène MUSK

Pathophysiological characterization of congenital myasthenic syndromes: the example of mutations in the MUSK gene

¹ INSERM U582 & IFR 14, Institut de Myologie, Hôpital de la Salpêtrière et Université Pierre et Marie Curie, Paris, France
² CNRS/ENS UMR 5161 & IFR128, École Normale Supérieure, Lyon, France
³ Unité Fonctionnelle de Cardiogénétique et Myogénétique, Service de Biochimie B & IFR 14, Hôpital de la Salpêtrière, Paris, France
⁴ Brain Research Institute, Medical University Vienna, Vienne, Autriche
⁵ Service de Neurologie et Maladies Neuromusculaires, Hôpital Universitaire La Timone & IFR 131, Marseille, France
⁶ CHU Morvan, Brest, France
⁷ Service d'Electrophysiologie & IFR 70, Hôpital de la Salpêtrière, Paris, France
⁸ CNRS UMR 8544, École Normale Supérieure, Paris, France
⁹ Université Bordeaux II, Bordeaux, France
¹⁰ Fédération de Neurologie Mazarin & IFR 70, Hôpital de la Salpêtrière, Paris, France

Auteur de correspondance : d.hantai@myologie.chups.jussieu.fr

Reçu : 28 Janvier 2005

Résumé

Les syndromes myasthéniques congénitaux (SMC) sont des maladies génétiques rares affectant la jonction neuromusculaire (JNM) et caractérisés par un dysfonctionnement de la neurotransmission. Ils forment un ensemble hétérogène sur le plan physiopathologique et peuvent être classés en trois groupes selon leur origine : présynaptique, synaptique ou postsynaptique. Nous rapportons ici pour la première fois que des mutations dans le gène codant pour une molécule postsynaptique, le récepteur tyrosine kinase spécifique du muscle, MuSK, sont responsables d'un SMC postsynaptique. L'analyse génétique a permis d'identifier deux mutations hétéroalléliques, une mutation entraînant un décalage du cadre de lecture (c.220insC) et une mutation faux-sens (V790M). La biopsie musculaire a montré des anomalies importantes à la fois pré et postsynaptiques de la structure de la jonction neuromusculaire et une diminution sévère de l'expression de la sous-unité ε du récepteur de l'acétylcholine (RACh) et de MuSK. Des expériences in vivo et in vitro ont été réalisées en utilisant des mutants de MuSK reproduisant les mutations humaines. La mutation décalant le cadre de lecture conduit à l'absence de l'expression de MuSK. La mutation faux sens n'affecte pas l'activité catalytique kinase de MuSK mais diminue son expression et sa stabilité conduisant à une diminution de l'agrégation du RACh sous la dépendance de l'agrine. Ces résultats suggèrent fortement que la mutation faux sens, en présence de la mutation nulle sur l'autre allèle, est responsable des modifications synaptiques très importantes observées chez le patient.

Abstract

Congenital myasthenic syndromes (CMS) are rare genetic diseases affecting the neuromuscular junction (NMJ) and are characterized by a dysfunction of the neurotransmission. They are heterogeneous at their pathophysiological level and can be classified in three categories according to their presynaptic, synaptic and postsynaptic origins. We report here the first case of a human neuromuscular transmission dysfunction due to mutations in the gene encoding a postsynaptic molecule, the muscle-specific receptor tyrosine kinase (MuSK). Gene analysis identified two heteroallelic mutations, a frameshift mutation (c.220insC) and a missense mutation (V790M). The muscle biopsy showed dramatic pre- and postsynaptic structural abnormalities of the neuromuscular junction and severe decrease in acetylcholine receptor (AChR) ε-subunit and MuSK expression. In vitro and in vivo expression experiments were performed using mutant MuSK reproducing the human mutations. The frameshift mutation led to the absence of MuSK expression. The missense mutation did not affect MuSK catalytic kinase activity but diminished expression and stability of MuSK leading to decreased agrin-dependent AChR aggregation, a critical step in the formation of the neuromuscular junction. In electroporated mouse muscle, overexpression of the missense mutation induced, within a week, a phenotype similar to the patient muscle biopsy: a severe decrease in synaptic AChR and an aberrant axonal outgrowth. These results strongly suggest that the missense mutation, in the presence of a null mutation on the other allele, is responsible for the dramatic synaptic changes observed in the patient.