Soutenance de thèse de ALEXIS THERON

Ecole Doctorale
Sciences de la Vie et de la Santé
Spécialité
Pathologie Humaine - Spécialité Génétique humaine
établissement
Aix-Marseille Université
Mots Clés
bicuspidie,aortique,génétique,,
Keywords
bicuspid,aortic,genetic,,
Titre de thèse
Physiopathologie et génétique de la bicuspidie aortique non syndromique
Physiopathology and genetic of the non syndromic bicuspid aortic valve
Date
Vendredi 8 Septembre 2017 à 14:00
Adresse
Faculté de Medecine de Marseille 27 Boulevard Jean Moulin 13005 Marseille
A
Jury
Directeur de these Stéphane ZAFFRAN Faculté de Medecine de Marseille
CoDirecteur de these Jean François AVIERINOS CHU TIMONE
Examinateur Frederic COLLART CHU TIMONE
Examinateur Fanny BAJOLLE Hôpital Necker Enfants Malades
Rapporteur Thierry LETOURNEAU CHU Nantes
Rapporteur David MESSIKA ZEITOUN Hopital Bichat

Résumé de la thèse

La bicuspidie aortique représente la malformation cardiaque congénitale la plus fréquente, affectant environ 2% de la population. Elle se caractérise par la présence de deux sigmoïdes fonctionnelles au lieu de trois normalement existantes. Le caractère héréditaire de la bicuspidie a été proposé depuis de nombreuses années. La découverte de mutations isolées (GATA5, NOTCH1) chez des patients atteints et son association à des syndromes génétiques polymalformatifs renforce cette hypothèse. Cette anomalie s’accompagne souvent d’un dysfonctionnement valvulaire prématuré imposant un recours plus précoce et plus fréquent à la chirurgie. Paradoxalement, le mécanisme de dégénérescence accélérée d’une valve bicuspide n’est pas encore élucidé. Le remplacement valvulaire constitue ainsi une réponse tardive à une maladie dont le diagnostic est souvent réalisé précocement au stade de non sévérité. Ma thèse a pour but d’étudier la physiopathologie de la bicuspidie aortique et de mieux appréhender les mécanismes à l’origine de sa dégénérescence. Dans ce but, ce travail s’appuie sur l’analyse de modèles animaux et sur l’analyse d’une cohorte prospective de 300 patients porteurs d’une valve aortique bicuspide. Notre cohorte de 300 patients nous a permis de chercher à identifier de nouveaux gènes impliqués dans la bicuspidie aortique par des approches de séquençage nouvelle génération, mais aussi par une approche de gène candidat. Ainsi, 2 nouveaux variants ont été identifiés dans le gène PIEZO1, codant un canal cation impliqué dans la mécano-transduction. Les tests fonctionnels montrent que ces mutations agissent comme dominants négatifs. Cette identification soutient l’hypothèse hémodynamique de la bicuspidie aortique. Nous avons aussi identifié une insertion sans décalage du cadre de lecture dans l’exon du gène HOXA1, un facteur de transcription déjà impliqué dans la bicuspidie chez la souris. L’analyse des modèles murins et Zebrafish ont permis de démontrer l’imputabilité de cette mutation et le rôle de Hoxa1 dans l’apparition de la bicuspidie. Alors que le facteur de transcription Krox20 (EGR2) a été montré pour jouer un rôle dans le développement de la valve aortique, l’analyse des souris hétérozygotes pour ce facteur m’a permis de montrer que la diminution de l’expression de Krox20 chez la souris est à l’origine d’une dégénérescence des feuillets aortiques et d’une désorganisation de la matrice extracellulaire responsable de dysfonction valvulaire. Ainsi, toute perturbation de la matrice extracellulaire peut initier la dégénérescence valvulaire qui entraine à son tour la dysfonction. La comparaison des données cliniques et échographiques des patients porteurs de bicuspidie aortique avec et sans dysfonctionnement nous a permis d’établir une corrélation entre le phénotype de la bicuspidie et fonction valvulaire. En analyse multivariée, un âge>50 ans(5.5[2.2-17.4], p=0.0006), le sexe masculin(3.4[1.2-9.3], p=0.01) et la présence d’un raphé(3.6[1.2-9.9], p=0.01) étaient significativement associés à la survenue d’une dysfonction. Ces résultats suggèrent que la dégénérescence valvulaire accélérée de la bicuspidie aortique est un processus complexe impliquant des phénomènes environnementaux et biomécaniques. En modifiant le flux et rigidifiant le feuillet fusionné, la présence d’un raphé pourrait accélérer la dégénérescence valvulaire. Ce travail a eu pour objectif d’améliorer la compréhension de la physiopathologie de la bicuspidie aortique en identifiant de nouveaux gènes candidats et d’acquérir une meilleure connaissance du processus de dégénérescence valvulaire accélérée par le biais de modèles murins et d’études cliniques.

Thesis resume

Bicuspid Aortic Valve (BAV) is the most common congenital heart defect, affecting about 2% of the population. It is characterized by the presence of two functional leaflets instead of three normally existing. BAV is a heritable trait, but the genetic basis underlying this defect remains unclear. BAV is associated with an excess of morbidity and mortality related to several complications such as accelerated valve degeneration that required earlier and more frequent referral for surgery. Despite its burden, the mechanism underlying BAV degeneration has not been elucidated. Aortic valve replacement constitutes a late response to a disease whose diagnosis is often carried out earlier, at the stage of non-severity. My thesis aims to identify the pathophysiology of BAV and to investigate the mechanisms involved in BAV degeneration. Thus, this study was based on the analysis of animal models and on the examination of a prospective cohort of 300 patients with BAV. Three hundred patients with BAV were prospectively included in our cohort to identify new genes involved in BAV by next generation sequencing and candidate-gene approach. Two new variants were identified in the PIEZO1 gene, encoding a cation-channel involved in the mechano-transduction. Functional tests showed that these mutations were dominant-negatives. This finding supports the hemodynamic hypothesis of BAV and the emerging role of mechanobiology. We also identified a non-frameshift insertion in the exon of the gene HOXA1, a transcriptional factor already involved in BAV in mice. Analyses performed on mouse and Zebrafish models demonstrated the important role of HOXA1 mutation in the onset of BAV. The role of the transcription factor Krox20 (EGR2) in aortic valvulogenesis has already been reported. To investigate the impact of the incomplete invalidation of Krox20 in aortic valve I used heterozygous mutant mice. We revealed that decreased expression of Krox20 caused extracellular matrix (ECM) desorganization, myxomatous degeneration of the leaflets and valve dysfunction. Taken together, all the results supported that a disruption of the ECM may initiate valvular degeneration which, in turn, could lead to valvular dysfunction. We also assume that a maladaptive ECM response to mechanical stimuli could favor the progression of the degeneration. Comparison of clinical and echocardiographic data of patients with normal and dysfunctional BAV revealed a correlation between BAV phenotype and valvular function. In multivariate analysis, an age> 50 years (5.5 [2.2-17.4], p = 0.0006), a male gender (3.4 [1.2-9.3], p = 0.01) and the presence of a raphe (3.6[1.2-9.9], p=0.01) were significantly associated with the occurrence of BAV dysfunction. These results suggest that accelerated BAV degeneration of is a complex and unpredictable phenomenon involving environmental risk factors such as biomechanical contribution. By modifying the aortic flow and the stiffening of the fused leaflet, the presence of a raphe could accelerate the BAV degeneration. This emphasize the role of mechanobiology in BAV remodeling. The objective of this thesis was to improve our understanding of the pathophysiology of BAV and to assess the mechanisms underlying BAV degeneration by analyzing animal and clinical models.