Étude épigénomique de la méthylation de l’ADN dans le sang total de patients atteints de sclérose latérale amyotrophique sporadique

La sclérose latérale amyotrophique (SLA) est une maladie neurodégénérative rare caractérisée par la perte progressive des motoneurones supérieurs et inférieurs. La majorité des patients décèdent d’insuffisance respiratoire dans les 3 à 5 ans suivant l’apparition des symptômes. Malgré des recherches approfondies, les mécanismes physiopathologiques sous-jacents restent mal compris. Les formes familiales (SLAF) et sporadiques (SLAS) nécessitent une étude conjointe pour élucider la maladie. Si les facteurs génétiques expliquent une partie des cas de SLAF, ils ne rendent compte que d’une faible proportion des SLAS. Les facteurs environnementaux et les mécanismes épigénétiques, notamment la méthylation de l’ADN, émergent comme des contributeurs clés dans la pathogenèse de la SLA.

Cette étude vise à explorer le rôle de la méthylation de l’ADN dans la SLAS en analysant des échantillons de sang total de patients. L’étude a inclus 32 patients SLAS et 32 témoins sains. L’ADN a été isolé du sang total, et les profils de méthylation ont été générés à l’aide de la puce Infinium MethylationEPIC BeadChip, couvrant plus de 850 000 sites CpG. Des positions (DMP) et régions différentiellement méthylées (DMR) significatives ont été identifiées chez les patients, éclairant les altérations épigénétiques associées à la SLA.

Contexte et importance

La SLA est un trouble neurodégénératif dévastateur à étiologie complexe. Bien que les mutations génétiques expliquent une partie des cas de SLAF, la majorité des SLAS restent sans cause identifiable. Les facteurs environnementaux et les modifications épigénétiques, comme la méthylation de l’ADN, sont impliqués dans la pathogenèse. La méthylation consiste en l’ajout d’un groupe méthyle sur les résidus cytosine, formant la 5-méthylcytosine (5mC), régulant ainsi l’expression génique. Ces mécanismes constituent un lien entre risques génétiques, expositions environnementales et développement de la maladie.

Des études antérieures ont exploré la méthylation dans des tissus nerveux post-mortem et du sang. Par exemple, des altérations globales de la méthylation ont été observées dans la moelle épinière de patients SLAS, mais pas dans le sang total. Cependant, certaines études rapportent une hyperméthylation sanguine chez des patients SLA, suggérant un dysfonctionnement épigénétique. Cette étude propose une analyse épigénomique complète de la méthylation dans le sang total de patients SLAS, utilisant une technologie de pointe.

Méthodes

Approbation éthique et recrutement

L’étude a été approuvée par le comité d’éthique de l’hôpital universitaire de Pékin. Les patients répondaient aux critères revisés d’El Escorial. Des témoins sains, apparentés et cohabitants, ont été inclus. Les données cliniques (sexe, âge, durée de maladie, scores ALSFRS-R) ont été recueillies.

Collecte d’échantillons et profilage de méthylation

L’ADN a été isolé avec le kit DNeasy Blood & Tissue, puis converti par bisulfite (EZ DNA Methylation-Gold Kit). La méthylation a été analysée via la puce Infinium MethylationEPIC BeadChip.

Analyse des données

Les données ont été traitées avec R (packages minfi et ChAMP). Les DMP étaient définis par un Δβ ≥ 0,1 et p < 0,05. Les DMR regroupaient ≥7 sites CpG sur 1000 pb avec un FDR < 0,05. Les analyses GO et KEGG ont identifié les voies biologiques associées. Les interactions géniques ont été visualisées avec Cytoscape.

Résultats

Caractéristiques démographiques et cliniques

32 patients SLAS (19 hommes, 54,7 ans) et 32 témoins (14 hommes, 38,6 ans) ont été inclus. L’âge moyen d’apparition était de 53,5 ans (10 formes bulbaires, 22 formes limbiques). La durée médiane de maladie était de 11,5 mois, avec un score ALSFRS-R médian de 37.

Profils de méthylation dans la SLAS

L’analyse en coordonnées principales n’a pas révélé de différences globales de méthylation. Cependant, 34 DMP significatifs ont été identifiés (5 hyperméthylés, 29 hypométhylés), associés à 13 gènes (ATAD3B, BLK hyperméthylés ; DDO, IQCE, ABCB1, DNAH9, FIGN, NRP1, TMEM87B, CCSAP, ST6GALNAC5, MYOM2, RUSC1-AS1 hypométhylés). Douze DMR liés à 12 gènes (NWD1, LDHD, CIS, IQCE, TNF, PDE1C, LGALS1, CSNK1E, LRRC23, ENO2, ELOVL2, ELOVL2-AS1) ont été détectés, dont 10 chevauchaient des régions promotrices.

Analyse des voies biologiques

L’analyse GO a mis en évidence le rôle fonctionnel des gènes DMP/DMR, notamment DNAH9 (impliqué dans les mouvements microtubulaires) et TNF (régulation de l’apoptose neuronale). L’analyse KEGG a confirmé leur implication dans les voies de neurodégénérescence.

Interactions génétiques

L’analyse de réseau a révélé des interactions entre les gènes SLA établis (SOD1, OPTN, C9orf72) et les gènes DMP/DMR. TNF interagissait avec ANG, SOD1, OPTN, TBK1, HNRNPA1, SQSTM1, NRP1 et ABCB1. DNAH9 interagissait avec DCTN1 et NWD1.

Associations avec les caractéristiques cliniques

La méthylation d’ELOVL2 (cg16867657) corrélait positivement avec l’âge d’apparition (r = 0,86, p ajusté = 0,001), et celle d’ARID1B (cg14692468) avec la durée de maladie (r = 0,83, p ajusté = 0,01). Aucune association n’a été observée avec ALSFRS-R ou le taux de progression.

Discussion

Cette étude révèle des altérations locales de méthylation dans le sang des patients SLAS. L’hypométhylation prédominante de gènes comme DNAH9 et TNF suggère leur implication dans la dégénérescence des motoneurones et l’inflammation.

Altérations épigénétiques dans la SLA

DNAH9, codant une sous-unité de dynéine axonémique, est essentiel au transport axonal. Son hypométhylation pourrait perturber ces processus. TNF, cytokine pro-inflammatoire, est surexprimé dans la SLA, favorisant l’apoptose neuronale.

Interactions génétiques-épigénétiques

Les interactions entre TNF et plusieurs gènes SLA soulignent son rôle central. DNAH9 interagit avec DCTN1, impliqué dans la dynéine, suggérant des mécanismes communs de dégénérescence axonale.

Implications cliniques

ELOVL2 et ARID1B pourraient servir de biomarqueurs pronostiques. ELOVL2, impliqué dans le métabolisme lipidique, pourrait relier les facteurs métaboliques au pronostic de la SLA.

Limites et perspectives

La taille réduite de l’échantillon et l’utilisation de sang total limitent la généralisation des résultats. Des études mécanistiques sur les tissus nerveux sont nécessaires pour valider ces découvertes.

Conclusion

Cette étude identifie des DMP et DMR significatifs dans le sang des patients SLAS, soulignant le rôle de la méthylation dans la pathogenèse. Les gènes DNAH9 et TNF émergent comme des cibles thérapeutiques potentielles. Des recherches supplémentaires sont nécessaires pour explorer les conséquences fonctionnelles de ces modifications épigénétiques.

doi.org/10.1097/CM9.0000000000002090