L’hypogonadisme hypogonadotrope congénital (HHC) est une maladie génétique rare caractérisée par une absence de puberté et une infertilité. Cette maladie est liée à un défaut de la migration des neurones GnRH ou une altération de la sécrétion / action de la GnRH causant un déficit sévère en hormone de libération de la gonadotrophine (GnRH). L’HHC peut être associé à une anosmie ou à une hyposmie (syndrome de Kallmann), en raison du développement commun des neurones de la GnRH avec les axones primaires olfactifs. La génétique de l’HHC est hétérogène, avec plus de 40 gènes impliqués, seuls ou en combinaison. Chez environ la moitié des patients avec HHC, aucune mutation des gènes connus pour causer l’HHC n’est identifiée, laissant le diagnostic génétique ouvert. Plusieurs de ces gènes contrôlent l'ontogenèse des neurones à GnRH et codent pour des protéines contenant des domaines Fibronectin-3 (FN3) qui jouent un rôle dans l’adhésion et la migration neuronale. Par conséquent, nous avons émis l’hypothèse que des mutations d’autres gènes de la superfamille FN3 pourraient contribuer à la pathogénèse de l’HHC.
Nous avons d’abord effectué un séquençage de nouvelle génération chez 240 probands non-apparentés atteints par HHC et puis nous avons filtré, à travers une analyse bioinformatique, les variants rares causant des protéines tronquées (PTV) des gènes de la superfamille FN3. Les résultats montrent que la cohorte HHC présente plus de PTV dans le gène NDNF (Neuron Derived Neurotrophic Factor) par rapport à la population contrôle gnomAD (p = 1,40 x 10-6). De ce fait, nous avons identifié un nouvel gène candidat lié à l’HHC.
Les données actuelles en littérature montrent que NDNF est un facteur neurotrophique sécrété contenant des domaines FN3, impliqué dans migration, la croissance et la survie des neurones, ainsi que la croissance des neurites. NDNF est fortement exprimé dans le bulbe olfactif, les cellules de Cajal-Retzius, l'hippocampe et le cervelet lors de l'embryogenèse murine.
L’étude génétique de la cohorte HHC a identifié trois PTV hétérozygotes (p.K62 *, p.Y128Tfs * 55 et p.W469 *, tous absents dans la base de données gnomAD) et une autre mutation non-sense hétérozygote (p.T201S) chez 4 probants avec un déficit en GnRH et une anosmie, cohérent avec le syndrome de Kallmann. Environ 3% des patients atteints de KS présentent des mutations de NDNF et aucun des probands présente des mutations d'autres gènes connus pour causer l’HHC.
Plusieurs membres de la famille, porteurs de mutations de NDNF, présentent également un phénotype partiel (retard de la puberté et / ou de l'anosmie), compatible avec un mode de transmission autosomique dominant avec une expressivité variable et une pénétrance incomplète.
Deuxièmement, nous avons étudié l’expression et la fonction de NDNF dans le développement des neurones à GnRH. Nous avons démontré dans les embryons de souris et les fœtus humains que NDNF est exprimé au niveau de la voie de migration des neurones à GnRH. En particulier, NDNF est exprimé dans la région nasale après la formation de la plaque olfactive chez la souris et chez l'homme et que le modèle d'expression spatio-temporelle de NDNF coïncide avec la voie de migration des neurones à GnRH. Ces résultats indiquent que NDNF pourrait contrôler la migration des neurones à GnRH.
Nous avons donc effectué des expériences in vitro pour évaluer l’action de NDNF sur les cellules à GnRH en phase de migration. Celles-ci démontrent que NDNF est un facteur chimio-repoussant. Cela combiné avec la forte expression dans le compartiment nasal suggèrent un rôle de NDNF dans l’initiation de la migration des neurones à GnRH.
Pour vérifier cette hypothèse, nous avons ensuite testé in vivo le rôle de NDNF en utilisant deux modèles animaux. En supprimant l'expression de l’orthologue de NDNF dans des embryons de zebrafish, on provoque un clair défaut de migration des neurones à GnRH. En utilisant des embryons de souris génétiquement modifiés, nous avons démontré que l'absence de Ndnf cause un retard significatif de la migration des neurones GnRH et à une altération des projections axonales olfactives vers le bulbe olfactif.
Nos résultats comprenant des études génétiques, in vitro et in vivo mettent en évidence NDNF en tant que nouveau gène impliqué dans la migration des neurones à GnRH et dans la pathogénèse du syndrome de Kallmann. Cette étude ouvre la voie à de nouvelles explorations visant à identifier la voie de signalisation moléculaire utilisée par NDNF. Cela pourrait nous permettre de découvrir des gènes partenaires de NDNF potentiellement impliqués dans le contrôle des neurones à GnRH, du déclanchement et du maintien de la fertilité.
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Congenital hypogonadotropic hypogonadism (CHH) is a rare genetic disorder characterized by infertility and the absence of puberty. Defects in GnRH neuron migration or altered GnRH secretion and/or action lead to a severe gonadotropin-releasing hormone (GnRH) deficiency. Given the close developmental association of GnRH neurons with the olfactory primary axons, CHH is often asso- ciated with anosmia or hyposmia, in which case it is defined as Kallmann syndrome (KS). The genetics of CHH are heterogeneous, and
>40 genes are involved either alone or in combination. Several CHH-related genes controlling GnRH ontogeny encode proteins contain- ing fibronectin-3 (FN3) domains, which are important for brain and neural development. Therefore, we hypothesized that defects in other FN3-superfamily genes would underlie CHH. Next-generation sequencing was performed for 240 CHH unrelated probands and filtered for rare, protein-truncating variants (PTVs) in FN3-superfamily genes. Compared to gnomAD controls the CHH cohort was sta- tistically enriched for PTVs in neuron-derived neurotrophic factor (NDNF) (p ¼ 1.40 3 10-6). Three heterozygous PTVs (p.Lys62*, p.Tyr128Thrfs*55, and p.Trp469*, all absent from the gnomAD database) and an additional heterozygous missense mutation (p.Thr201Ser) were found in four KS probands. Notably, NDNF is expressed along the GnRH neuron migratory route in both mouse em- bryos and human fetuses and enhances GnRH neuron migration. Further, knock down of the zebrafish ortholog of NDNF resulted in altered GnRH migration. Finally, mice lacking Ndnf showed delayed GnRH neuron migration and altered olfactory axonal projections to the olfactory bulb; both results are consistent with a role of NDNF in GnRH neuron development. Altogether, our results highlight NDNF as a gene involved in the GnRH neuron migration implicated in KS.