Deciphering cellular and molecular implications of KCNB1 and KCNB1 potassium channels in developmental and epileptic encephalopathies using zebrafish models

Décryptage des implications cellulaires et moléculaires des canaux potassiques KCNB1 et KCNT1 dans les encéphalopathies développementales et épileptiques à l'aide de modèles de poisson-zèbre Les encéphalopathies développementales et épileptiques (EDE) désignent un groupe hétérogène de troubles neurodéveloppementaux sévères et épileptiques pharmacorésistants diagnostiqués pendant la petite enfance, entraînant des déficiences cognitives, sensorielles et motrices. L'étiologie des EDE trouve souvent une cause génétique, impliquant des gènes qui codent pour des canaux ioniques, notamment la famille des canaux potassiques, connus sous le nom de K-EDE. Le gène KCNB1 code pour une sous-unité alpha du canal potassique voltage-dépendant Kv2.1. Il a été démontré in vitro que les variants pathogènes de novo de KCNB1 présentent divers degrés de perte de fonction (LOF) avec des effets négatifs dominants, se traduisant par un large spectre phénotypique chez les patients atteints de EDE et d'encéphalopathie développementale (ED). À l'inverse, le gène KCNT1, qui code pour une sous-unité alpha du canal potassique sodium-dépendant Slack, a été identifié comme le gène majeur causant l'épilepsie du nourrisson avec crises focales migrantes (EIMFS), un sous-groupe des EDE, en raison de mutations gain de fonction (GOF). Une compréhension plus approfondie des mécanismes physiopathologiques impliquant KCNB1 et KCNT1 dans la pathogenèse des EDE est nécessaire. Ce projet de thèse vise à étudier les voies spécifiques dérégulées dans les neurones associés à KCNB1 LOF et KCNT1 GOF aux niveaux cellulaires et moléculaires en utilisant des modèles de poisson-zèbre. Chez le poisson-zèbre génétiquement modifié kcnb1 knock-out (kcnb1+/- et kcnb1-/-), nos recherches indiquent une altération de la fonction neuronale dans le cerveau en développement des embryons et des larves, entraînant des déficits locomoteurs. Une activité électrographique de type épileptiforme a été observée, associée à une activation accrue des neurones c-Fos positifs dans le télencéphale des poissons homozygotes. En outre, ce modèle LOF présentait une diminution de l'expression de l'enzyme acétylcholinestérase, suggérant un recyclage défectueux du neurotransmetteur acétylcholine, bien que l'organisation des jonctions neuromusculaires et des circuits neuronaux globaux n'ait pas été affectée par la perte de kcnb1. Les analyses métabolomiques ont révélé des perturbations dans les voies liées au métabolisme du glutamate et à la glycolyse. L'augmentation de la concentration de GABA dans le cerveau des larves mutantes et la modulation de l'expression des sous-unités des récepteurs GABA-A soulignent le rôle clé de KCNB1 dans la régulation de la transmission du GABA. Les modulateurs de la transmission GABAergique ont montré un potentiel prometteur dans la récupération du phénotype locomoteur dans ce modèle de poisson-zèbre. L'étude de kcnt1 dans des conditions physiologiques chez le poisson-zèbre est peu développée. Pour étudier l'impact de kcnt1 dans des conditions physiologiques et pathologiques dans le contexte de l'EIMFS, nous avons d'abord examiné l'expression des deux isoformes du poisson-zèbre (kcnt1a et kcnt1b), en constatant qu'elles sont exprimées dès le premier jour du développement et qu'elles restent présentes dans le cerveau adulte. Nous avons développé des modèles de poisson-zèbre GOF de kcnt1 basés sur deux mutations sévères identifiées chez des patients EIMFS (c.1283G>A p.Arg428Gln et c.1420C>T p.Arg474Cys), en utilisant la méthode Gal4-UAS médiée par Tol2. La caractérisation phénotypique de ces modèles a révélé des troubles locomoteurs précoces et des caractéristiques dysmorphiques, notamment un œdème cardiaque. Ces modèles constituent un outil utile pour élucider les mécanismes pathologiques associés aux mutations de kcnb1 et kcnt1 et peuvent faciliter le développement de nouvelles thérapies pour ces causes génétiques d'épilepsies rares et de troubles EDE apparentés.