Etude génétique et fonctionnelle de CNTNAP2 / Caspr2 dans les troubles du spectre autistique

Abstract

Autism spectrum disorders (ASD) are neurodevelopmental disorders characterised by deficits in social communication and repetitive behaviours. Alterations in brain connectivity are the most replicated findings in ASD patients. The CNTNAP2 gene, coding Caspr2, has been associated to ASD, with a large number of missense heterozygous variants identified in patients. However, some missense variants have also been found in the control population, questioning their pathogenicity. Here, using in vitro and in vivo approaches we identify new functions for Caspr2 in axonal development and provided proof of principle that some variants could impact these functions. We report that Caspr2 is involved in axon growth of cortical neurons in culture in a dose-dependent manner, with Cntnap2+/- neurons presenting an intermediate phenotype between wild type and Cntnap2-/- neurons. We also show that Caspr2 is required in vivo for the development of axons projecting into two major interhemispheric myelinated tracts, the corpus callosum and the anterior commissure. Performing morphometric and electron microscopy analyses we detect morphological modifications of these structures and alterations in axo-axonal contacts and axonal diameter in both Cntnap2+/- and Cntnap2-/- mice throughout development. Using in vitro assays and axon growth as read-out, we further show that some of the variants display either a dominant-negative effect or a loss-of-function in a Cntnap2+/- genetic background, suggesting that they could alter brain connectivity and thus contribute to the manifestations of ASD.Les troubles du spectre autistique (TSA) sont caractérisés par des déficits de communication sociale et des comportements répétitifs, qui résultent d’altérations de la connectivité cérébrale. Le gène CNTNAP2, codant Caspr2, a été associé aux TSA, avec de nombreux variants hétérozygotes faux-sens identifiés chez les patients. Cependant, des variants faux-sens sont également présents dans les sujets contrôles, questionnant leur pouvoir pathogène. Par des approches in vitro et in vivo, nous identifions ici de nouvelles fonctions de Caspr2 au cours du développement axonal et apportons la preuve que certains des variants pourraient impacter ces fonctions. Nous démontrons que Caspr2 régule de manière dose-dépendante la croissance axonale des neurones corticaux en culture, les neurones Cntnap2+/- présentant un phénotype intermédiaire par rapport aux neurones sauvages et Cntnap2-/-. Nous montrons également que Caspr2 participe in vivo au développement des axones de deux tractus interhémisphériques myélinisés majeurs, le corps calleux et la commissure antérieure. Des analyses morphométriques et de microscopie électronique révèlent des modifications morphologiques de ces structures et des altérations des contacts axo-axonaux et du diamètre axonal chez les souris Cntnap2+/- et Cntnap2-/- tout au long du développement. En utilisant des approches in vitro et la croissance axonale comme test biologique, nous montrons en outre que certains variants présentent un effet dominant-négatif ou une perte de fonction dans un contexte génétique Cntnap2+/-, suggérant qu’ils pourraient affecter la connectivité cérébrale et ainsi contribuer aux manifestations des TSA