Genetics and Functional Genomics of Spondyloarthritis

Spondyloarthritis (SpA) is a chronic inflammatory disorder with high heritability but with complex genetics. It encompasses several entities that share common clinical features. Most of the genetic studies in SpA have been restricted to ankylosing spondylitis (AS), the prototypical form of SpA. However, there is growing evidence of shared genetic background between all the SpA subtypes and also with some other immune-mediated diseases. The most important part of SpA heritability comes from the HLA-B27 allele in the major histocompatibility complex (MHC) that explains around 25% of the attributable heredity. Several other loci outside of the MHC have been shown to be involved in the disease. However, all these non-MHC loci explain only a small additional fraction of disease predisposition. Thus, a substantial fraction of SpA genetic basis remains poorly understood. Gene expression profiling is a complementary approach to elucidate the underlying mechanisms and pathways that drive the disease. Several expression profiling studies have been undertaken in SpA. However, results have been quite disappointing with little overlap between the studies largely due to the small sample sizes, resulting in limited power to discover small effects. In this review, we summarize current knowledge on genetic findings concerning SpA and we describe strategic approaches for identification of additional variants, with a focus on rare variants in familial forms. We also provide an overview of gene expression studies in SpA and discuss the possibilities offered by high-throughput RNA sequencing technologies, in particular in sorted cells. Finally, issues in establishing molecular mechanisms underlying genetic association hits and potential translational applications will be addressed

Polymorphisme du gène NCR3/NKp30 et variabilité de la fonction des cellules Natural Killer humaines

Les cellules Natural Killer (NK) sont non, seulement de précieux effecteurs cytotoxiques de la réponse immunitaire innée dirigée contre les tumeurs et les infections, mais aussi d importants immunorégulateurs. Leur activation dépend d une balance complexe entre des signaux émanant de multiples récepteurs, tantôt inhibiteurs, tantôt activateurs. Parmi les récepteurs activateurs, NCR3 représente un acteur important de la lyse tumorale et de l interaction avec les cellules dendritiques. Dans le but de caractériser la variabilité interindividuelle de la réponse NK et d établir une référence pour des études ultérieures dans un contexte pathologique, nous avons examiné, dans un échantillon de 43 donneurs sains, les corrélations entre la variabilité fonctionnelle des cellules NK en réponse à la stimulation de leur récepteur NKp30 et le niveau d expression des transcrits de NCR3 ainsi que celui de la protéine correspondante, au regard du polymorphisme génomique. Nous avons mis en évidence une étroite corrélation entre l expression membranaire de NKp30 et NKp46 et la fonction cytotoxique NK, mais pas avec la sécrétion de cytokines. Nous avons retrouvé l effet déjà connu du variant rs986475 sur l expression de l un des transcrits alternatifs de NCR3, T3. Nous avons également identifié un autre variant, rs11575836, influençant le niveau de transcrits T1, en relation avec la cytotoxicité induite par la signalisation NKp30. Cette étude pointe le doigt sur la spécificité des voies de signalisation des fonctions NK et le réseau complexe de gènes impliqués dans leur régulation. Nous avons par ailleurs évalué la variabilité génétique de NCR3 dans la myasthénie auto-immune où les cellules NK pourraient jouer un rôle. Le re-séquençage du gène NCR3 n a pas révélé d association avec un polymorphisme commun mais a permis d identifier deux mutations rares, faux-sens , retrouvées uniquement chez des patients myasthéniques. L une d elle, L19R, est non-conservative et représente un candidat particulièrement intéressant à examiner en détail du fait de sa localisation dans une région très conservée dans la phylogénie. Même si de nombreux points restent à élucider, ces résultats indiquent qu il devrait être possible de relier de façon globale et intégrative le polymorphisme de l ADN, ainsi que l expression des transcrits et des protéines, à la réponse fonctionnelle des cellules NKNatural Killer (NK) cells are not just invaluable cytotoxic effectors of innate immune response against tumors and infections but also important immunoregulators. They are activated by an intricate balance between signals provided by their inhibitory and activating receptors. Among activating receptors, NCR3 can mediate tumor lysis and dendritic cell maturation making it a crucial receptor in NK cell function. Furthermore, a recent study showed that alternative splicing of NCR3 can affect NK cell function and patient responses to treatment. In order to characterize interindividual variability of NK cell response and to set up a reference for future investigations in pathologies, we investigated 43 healthy donors and studied correlations between NK cell functional variability in response to NKp30 triggering with NKp30 transcript and membrane expression in light of genomic polymorphism. We showed a tight correlation between membrane expression of NKp30 and NKp46 with the cytotoxic NK cell response but not with cytokine secretion. In addtion, we identified a new variant influencing T1 NCR3 transcripts, rs11575836, which is associated with NKp30-induced cytotoxicity. This study pointed out the specifity of pathways underlying NK cell function and the complexity of gene networks involved in their regulation. NCR3 genetic variability was also assessed in myasthenia gravis, an autoimmune disease where NK cells seem to be implicated. NCR3 re-sequencing did not shown any association with common polymorphisms but disclosed two rare nonsense mutations that were found only in patients. One of them, L19R, a non-conservative amino acid change, is of particular interest because it is located in a highly-conserved region across phylogeny. Although numerous issues remain to be clarified, our results indicate that it should be possible to integrate information of DNA polymorphism, with that of transcript and membrane protein expression to identify functional patterns in NK cell responsePARIS5-Bibliotheque electronique (751069902) / SudocSudocFranceF

Complexe Majeur d'Histocompatibilité et génomique fonctionnelle dans les spondylarthrites

La SpA est un rhumatisme inflammatoire chronique fréquent, dont la prévalence est de 0,3% en France. Les mécanismes pathologiques qui en sont à l origine demeurent largement incertains. Néanmoins, l héritabilité de la maladie est élevée, impliquant de multiples facteurs génétiques, dont la région du complexe majeur d histocompatibilité (CMH) et plus particulièrement l allèle HLA-B27 qui y exerce un rôle prédominant. L objectif de ce travail était d identifier de nouvelles cibles moléculaires, en vue d améliorer la compréhension de la physiopathologie de la SpA, par des approches génétiques et de génomiques fonctionnelles.La première partie de mon travail a consisté en l identification de polymorphismes du CMH associés à la SpA et distinct de HLA-B27. Les études d association portant sur les données génétiques de 3 cohortes indépendantes nous ont permis d identifié 5 variants associés à la SpA indépendamment du HLA-B27. Les deux polymorphismes situés à proximité des gènes MICA et MAPK14 semblent particulièrement intéressants pour leur implication potentielle dans la pathogénèse de la SpA. En marge de cette étude, nous avons entrepris de déterminer la prévalence du HLA-B27 dans une cohorte française représentative de la population générale, qui était de 6,9% chez les témoins et de 74,2% chez les sujets atteints de SpA.Les études fonctionnelles conduites sur des cellules dendritiques dérivées de monocytes (MD-DCs) ont permis d identifier un défaut de réponse proliférative des LT CD4+ stimulés par les MD-DCs de patients atteints de SpA, ainsi qu une signature transcriptomique de 81 gènes caractéristique des MD-DCs de ces patients. Parmi les gènes validés, la surexpression d ADAMTS15, de F13A1 et de SELL pourrait jouer un rôle dans l inflammation liée à la pathologie, alors que la sous-régulation de CITED2 paraitrait corrélée à une dérégulation de la voie Wnt. Enfin, nos investigations sur les MD-DCS nous ont amené à identifier une corrélation entre l haplotype d ERAP1 prédisposant à la SpA, et un niveau accru d expression de ce gène ainsi que de la protéine ERAP1.Spondyloarthritis (SpA) is a frequent chronic inflammatory rheumatic disorder, with a prevalence of 0.3% in France. Pathological mechanisms leading to SpA remain largely uncertain. Nevertheless, the heritability of this disorder is high, likely involving multiple genetic factors, among which the major histocompatibility complex (MHC) region and particularly the HLA-B27 allele which plays a prominent role. The objective of this work was to achieve a better understanding of SpA physiopathology via genetic and transcriptomic approaches. The first part of my work consisted in identification of MHC polymorphisms associated with SpA, distinct of HLA-B27. Association studies based on the genetic data of 3 independent cohorts have allowed to identify 5 SNPs associated to SpA, independently of HLA-B27. Two polymorphisms localized next to MICA and MAPK14 genes seem particularly interesting for their implication in SpA pathogenesis. In parallel of this study, we characterized HLA-B27 prevalence in a French cohort corresponding to 6.9% in healthy controls and 74.2% in SpA patients. Functional studies on monocyte-derived dendritic cells (MD-DCs) revealed altered capacity to stimulate allogeneic CD4+ T cell responses by MD-DCs from SpA patients and a transcriptomic signature of 81 genes differentially expressed in those cells, as compared to those from healthy controls. Among validated genes, ADAMTS15, F13A1 and SELL could play a role in SpA inflammation, whereas CITED2 seemed to be correlated to Wnt pathway. Finally, a strong correlation between ERAP1 SpA-susceptibility haplotype and an increased expression of this gene and the ERAP1 protein has been identified.PARIS5-Bibliotheque electronique (751069902) / SudocSudocFranceF

Major histocompatibility complex associations of ankylosing spondylitis are complex and involve further epistasis with ERAP1

Ankylosing spondylitis (AS) is a common, highly heritable, inflammatory arthritis for which HLA-B*27 is the major genetic risk factor, although its role in the aetiology of AS remains elusive. To better understand the genetic basis of the MHC susceptibility loci, we genotyped 7,264 MHC SNPs in 22,647 AS cases and controls of European descent. We impute SNPs, classical HLA alleles and amino-acid residues within HLA proteins, and tested these for association to AS status. Here we show that in addition to effects due to HLA-B*27 alleles, several other HLA-B alleles also affect susceptibility. After controlling for the associated haplotypes in HLA-B, we observe independent associations with variants in the HLA-A, HLA-DPB1 and HLA-DRB1 loci. We also demonstrate that the ERAP1 SNP rs30187 association is not restricted only to carriers of HLA-B*27 but also found in HLA-B*40:01 carriers independently of HLA-B*27 genotype

Génomique fonctionnelle du complexe majeur d'histocompatibilité dans la myasthènie auto-immune avec hyperplasie folliculaire du thymus

PARIS5-BU Méd.Cochin (751142101) / SudocSudocFranceF

Effets pléiotropes du complexe HLA dans la myasthénie acquise auto-immune

Le complexe HLA joue un rôle majeur dans le système immunitaire et la prédisposition aux maladies autoimmunes, notamment la myasthénie acquise, qui est un modèle d'étude remarquable de l'autoimmunité humorale. Le récepteur musculaire de l'acétylcholine est en effet reconnu par des autoanticorps spécifiques, provoquant le blocage de la transmission neuromusculaire. Ce travail, portant sur la prédisposition génétique conférée par le complexe HLA, a révélé que l'haplotype ancestral 8.1 implique plusieurs gènes dans la forme la plus fréquente de la maladie, celle avec une hyperplasie du thymus : le locus MYAS1, associé selon un mode additif, localisé dans la région de classe III ou de classe I proximale ; un second locus associé à une augmentation des titres d'autoanticorps, antagonisée par un troisième locus in cis.PARIS5-BU-Necker : Fermée (751152101) / SudocSudocFranceF

Genetics and Functional Genomics of Spondyloarthritis

International audienceSpondyloarthritis (SpA) is a chronic inflammatory disorder with high heritability but with complex genetics. It encompasses several entities that share common clinical features. Most of the genetic studies in SpA have been restricted to ankylosing spondylitis (AS), the prototypical form of SpA. However, there is growing evidence of shared genetic background between all the SpA subtypes and also with some other immune-mediated diseases. The most important part of SpA heritability comes from the HLA-B27 allele in the major histocompatibility complex (MHC) that explains around 25% of the attributable heredity. Several other loci outside of the MHC have been shown to be involved in the disease. However, all these non-MHC loci explain only a small additional fraction of disease predisposition. Thus, a substantial fraction of SpA genetic basis remains poorly understood. Gene expression profiling is a complementary approach to elucidate the underlying mechanisms and pathways that drive the disease. Several expression profiling studies have been undertaken in SpA. However, results have been quite disappointing with little overlap between the studies largely due to the small sample sizes, resulting in limited power to discover small effects. In this review, we summarize current knowledge on genetic findings concerning SpA and we describe strategic approaches for identification of additional variants, with a focus on rare variants in familial forms. We also provide an overview of gene expression studies in SpA and discuss the possibilities offered by high-throughput RNA sequencing technologies, in particular in sorted cells. Finally, issues in establishing molecular mechanisms underlying genetic association hits and potential translational applications will be addressed