Hémiplégie alternante de l’enfant : Comprendre la relation génotype-phénotype des variations de l’ATP1A3

Introduction

Décrit pour la première fois en 1971 par Verret et Steele chez 8 enfants,1 le syndrome d’hémiplégie alternante de l’enfant (AHC, OMIM #614820) n’a été défini que 9 ans plus tard par Krägeloh et Aicardi,2 qui ont décrit cinq nouveaux cas et passé en revue les rapports précédents discutant de la nosologie de cette entité. Des critères diagnostiques spécifiques pour la CAH, appelés  » critères d’Aicardi « , ont été proposés pour la première fois en 1993.3 Depuis, les critères originaux ont été périodiquement mis à jour, afin de soutenir la reconnaissance clinique de ce trouble neurodéveloppemental particulier.4-7

En 2012, deux groupes de recherche indépendants – un consortium international8 et un groupe allemand9 – ont identifié des mutations hétérozygotes de novo dans l’ATP1A3 comme étant la cause de la CAH. Peu de temps après, une étude japonaise a répliqué cette découverte,10 apportant des preuves supplémentaires que les mutations de l’ATP1A3 causent la CAH.

Les mutations hétérozygotes de l’ATP1A3 avaient déjà été rapportées pour causer une autre entité précédemment décrite sur une base clinique : la dystonie-parkinsonisme à début rapide (RDP, DYT12, OMIM #128235), un trouble du mouvement rare et particulier hérité d’une manière autosomique dominante11. En 2014, on a signalé que l’ATP1A3 était à l’origine d’une autre entité neurologique : le syndrome CAPOS (cerebellar ataxia, areflexia, pes cavus, optic atrophy and sensorineural hearing loss) (OMIM #601338).12,13 En outre, au cours des dernières années, deux autres phénotypes liés aux mutations d’ATP1A3 sont apparus : l’épilepsie infantile précoce avec encéphalopathie (EIEE)14,15 et le phénotype d’encéphalopathie récurrente avec ataxie cérébelleuse (RECA)16,17.

La plupart des patients présentant des variants pathogènes de l’ATP1A3 relèvent de l’un de ces phénotypes18, qui sous-tendent un sous-ensemble de mutations causales ne se chevauchant pratiquement pas.19,20 Néanmoins, certains individus présentent des caractéristiques atypiques ou combinent des caractéristiques de deux ou plusieurs de ces principaux phénotypes20.-24 D’autre part, il a été rapporté que certains variants pathogènes provoquent différents phénotypes, même au sein d’une même famille.4,25-27 Par conséquent, il a été proposé de considérer les troubles liés à l’ATP1A3 comme un continuum clinique plutôt que comme des entités distinctes, avec un schéma d’émergence et de progression des différents signes et symptômes dépendant de l’âge.16,18,19

Malgré le nombre croissant de rapports décrivant des formes intermédiaires et de chevauchement entre les principaux phénotypes liés à l’ATP1A3, la CAH reste un syndrome bien défini et reconnaissable, dont l’identification clinique est essentielle pour orienter les investigations moléculaires.

Dans cette revue, nous résumons les connaissances sur la CAH, en nous concentrant sur les indices de diagnostic clinique, les corrélations génotype-phénotype et l’effet fonctionnel des variantes de l’ATP1A3 de cette affection.

Caractéristiques cliniques

AHC classique

L’AHC est un trouble neurodéveloppemental particulier caractérisé par une constellation de manifestations neurologiques paroxystiques, parmi lesquelles des épisodes récurrents d’hémiplégie impliquant l’un ou l’autre côté du corps et alternant dans la latéralité sont la marque de cette maladie18. Les crises de tétraplégie peuvent survenir de manière isolée ou comme une généralisation d’une crise hémiplégique. En outre, les manifestations paroxystiques comprennent des crises toniques ou dystoniques (soit d’un membre, soit d’un hémicorps, soit généralisées), des anomalies oculomotrices et des phénomènes dysautonomiques (mydriase uni- ou bilatérale, bouffées vasomotrices, pâleur) qui peuvent survenir seuls ou en association avec des crises hémiplégiques.19 Les épisodes paroxystiques surviennent généralement avant l’âge de 18 mois, avec un âge médian d’apparition de 3 à 5 mois. Néanmoins, l’apparition peut aller de la période néonatale à l’âge de 4 ans.

Les mouvements oculaires anormaux paroxystiques (y compris le nystagmus monoculaire et binoculaire, le strabisme, le regard déconjugué, le bobbing oculaire, le flutter oculaire) sont souvent les premières manifestations neurologiques, survenant de manière isolée avant l’apparition d’autres épisodes paroxystiques28.

Les épisodes paroxystiques reconnaissent généralement des facteurs de déclenchement émotionnels ou environnementaux (exercice, exposition à la lumière, aux sons ou à l’eau chaude, aliments spécifiques), tandis que les symptômes sont soulagés par le sommeil et les périodes post-éveil7. Une grande variabilité dans la durée et la fréquence des paroxysmes a été rapportée, même chez le même patient, allant de quelques minutes à des jours entiers et se produisant jusqu’à plusieurs fois par jour.28

Au-delà des manifestations paroxystiques, la CAH se caractérise également par des anomalies neurologiques persistantes et interictales, dont la prévalence augmente avec l’âge. Les problèmes de développement (retard de la parole et du langage, déficits cognitifs, troubles du comportement), avec différents degrés de gravité, sont les plus fréquents, suivis par la dysarthrie, l’ataxie, la chorée, la dystonie et, moins fréquemment, les signes du tractus pyramidal.7,27,29 La détérioration neurologique peut présenter une progression par étapes, avec un déclin moteur ou cognitif discret après un épisode paroxystique prolongé. Les déficits neurologiques fixes présentent souvent un gradient de sévérité rostrocaudal, la sévérité de la dystonie oro-mandibulaire et de la dysarthrie l’emportant sur celle de la dystonie des membres supérieurs et inférieurs.7

Jusqu’à 50 % des patients atteints de la CSA développent des crises d’épilepsie.4,5,30,31 L’épilepsie peut être focale ou généralisée, avec de multiples types de crises et localisations, et elle est souvent résistante aux médicaments. De plus, une fréquence élevée et un taux de récurrence de l’état épileptique réfractaire ont été rapportés.32

La dernière version des critères cliniques de la CAH reconnaît les critères majeurs (diagnostic) et mineurs (soutien), et inclut un ensemble de définitions standardisées pour une description simplifiée des épisodes paroxystiques, afin de fournir aux soignants un langage plus accessible pour documenter les événements.7 Les critères comprennent notamment 1) l’apparition des symptômes avant 18 mois, 2) des épisodes répétés d’hémiplégie alternant latéralement ou 3) des épisodes répétés de quadriplégie ou de plégie, 4) d’autres épisodes paroxystiques, y compris des crises dystoniques, 5) des anomalies oculomotrices ou des symptômes automatiques, 6) la disparition des symptômes pendant le sommeil et 7) des signes de retard de développement et/ou d’autres anomalies neurologiques comme la dystonie, l’ataxie ou la chorée7. D’un point de vue pharmacologique, les médicaments les plus fréquemment utilisés dans la HCA sont la flunarizine, les benzodiazépines, la carbamazépine, les barbituriques et l’acide valproïque. Il a été démontré de manière sauvage que la flunarizine et les benzodiazépines présentent une plus grande amélioration des épisodes dystoniques ou plégiques.5 Mikati et al ont notamment démontré que la flunarizine, un antagoniste du calcium, réduit la durée, la sévérité et la fréquence des crises hémiplégiques chez jusqu’à 80% des patients atteints de CAH33.

En revanche, les antipsychotiques, les inhibiteurs sélectifs de la recapture de la sérotonine, la gabapentine et l’acétazolamide se sont avérés invariablement inefficaces.5

CSA atypique

En dehors du phénotype classique de la CAH, plusieurs caractéristiques atypiques ont été décrites. En ce qui concerne l’âge d’apparition, une apparition retardée des crises hémiplégiques jusqu’à l’âge de 4 ans a été décrite.25 En ce qui concerne les troubles cognitifs, des cas légers avec un développement normal ont été rapportés33. D’autres caractéristiques peu communes comprennent un phénotype dystonique prédominant, l’absence d’attaques quadriplégiques,33 ou l’apparition d’une monoplégie alternée des membres supérieurs.34

En outre, certains patients combinent des paroxysmes typiques de la CAH avec les caractéristiques d’une encéphalopathie à début précoce14,35,36 ou d’une RDP.23,37-En dehors de la CAH, une entité nosologique distincte, d’évolution plus légère, caractérisée par des épisodes de faiblesse unilatérale ou bilatérale survenant exclusivement pendant le sommeil, a été décrite40.-Bien que le premier rapport de cette affection remonte à la description originale de la CAH par Verret et Steele,1 sa nosologie distincte n’a été reconnue qu’en 1994, lorsque le terme hémiplégie alternante nocturne bénigne de l’enfant (BNAHC) a été proposé pour différencier cette entité de la CAH.40 Dans la BNAHC, les crises (hémi)plégiques ne surviennent que pendant le sommeil, et il n’y a pas d’évolution vers une déficience neurologique ou intellectuelle. De plus, d’autres événements paroxystiques tels que des crises toniques ou dystoniques et des anomalies oculomotrices font défaut.40,41 A ce jour, 14 cas de BNAHC ont été rapportés, tous sauf un touchant des garçons.42 Bien que rarement testée, aucune association entre la BNAHC et les mutations ATP1A3 n’a été décrite.42 Parmi les 14 patients, seuls 2 ont effectué une analyse de séquençage de l’exome entier (WES) et dans un seul cas, il a été révélé une microdélétion hétérozygote 16p11.2 impliquant, entre autres, le gène PRRT2. Le gène PRRT2 code pour une protéine transmembranaire contenant un domaine riche en proline et est associé à la dyskinésie épisodique-1 (OMIM #128200).42 Bien que plusieurs cas familiaux aient été rapportés,40,41,45 la base génétique (s’il en existe une) de cette pathologie reste insaisissable. Une analyse WES appropriée devrait être effectuée pour mieux étudier cette condition et le rôle des facteurs génétiques supplémentaires régulateurs devrait être considéré.

Rôle de la perturbation du gène ATP1A3

Structure et fonction de la Na+/K+-ATPase

Les gènes ATP1A1-4 codent pour quatre sous-unités α – respectivement α1-4 – de la Na+/K+ ATPase. La pompe est exprimée de façon ubiquitaire dans le système nerveux central (SNC) et elle est constituée de presque deux sous-unités : une alpha (α – contenant le site catalytique pour l’hydrolyse de l’ATP et la liaison des ions) et une bêta (β, responsable de l’atout structurel et fonctionnel de la sous-unité α).47 Bien que l’isoforme α1 soit présente dans l’ensemble du SNC et l’α2 dans les astrocytes, l’α3 est exprimée uniquement dans les neurones – neurones GABAergiques dans tous les noyaux des ganglions de la base (striatum, globus pallidus, noyau subthalamique, et substantia nigra), plusieurs noyaux thalamiques, le cortex, le cervelet, le noyau rouge, et plusieurs zones du mésencéphale (noyau réticulotegmental du pons) et de l’hippocampe ;48, tandis que l’expression n’était pas significative dans les cellules dopaminergiques de la substantia nigra.49,50 Cette pompe ionique est essentielle au maintien de l’homéostasie électrogène des cellules neuronales, échangeant des ions Na+ et K+ à travers la membrane plasmique couplée à l’hydrolyse de l’ATP, fixant le potentiel membranaire à la fois en potentiel de repos (α1) et après un potentiel d’action (α2, α3).

L’isoforme α3 est codée par le gène ATP1A3 (OMIM #182350) sur le chromosome 19q13 code pour la sous-unité α3 de la Na+/K+-ATPase, une ATPase transmembranaire ubiquitaire et électrogène décrite pour la première fois en 195751 et située sur le côté cytosolique de la membrane plasmique externe52. Exportant 3 ions Na+ et important 2 ions K+ pour chaque molécule d’ATP hydrolysée, la Na+/K+-ATPase maintient le gradient d’une concentration extracellulaire de Na+ plus élevée et d’un niveau intracellulaire de K+ plus élevé.53,54

Bien que l’α3 soit la sous-unité principalement exprimée dans les neurones, certains neurones expriment l’α1 – qui est principalement exprimée dans les cellules gliales. Par rapport à l’α1, la sous-unité α3 présente une affinité plus faible pour le Na+ et le K+, et une dépendance au voltage plus faible, permettant une normalisation rapide du gradient transmembranaire après une série de potentiels d’action.55

La sous-unité α de la Na+/K+-ATPase contient 3 domaines cytoplasmiques et une région transmembranaire. Les domaines cytoplasmiques comprennent le domaine de phosphorylation (« P »), le domaine de liaison aux nucléotides (« N ») et le domaine actionneur (« A »).53 Comme dans les autres membres de la superfamille des ATPases de type P, la Na+/K+-ATPase forme un intermédiaire phosphorylé pendant le cycle de réaction. Le domaine P abrite une séquence Asp-Lys-Thr-Gly-Lys hautement conservée, dont le résidu aspartate (en position 366) est phosphorylé par transfert du groupe γ-phosphate d’une molécule d’ATP.56 Le domaine A contient un motif Thr-Gly-Glu-Ser qui lie, par l’intermédiaire du résidu glutamate, la molécule d’eau nécessaire à l’hydrolyse de l’aspartyl-phosphate dans le site catalytique.57 La région transmembranaire est composée de 10 hélices transmembranaires (TM1-10), dont les hélices TM4-6 contiennent les sites de liaison aux cations et TM8 contribue à la liaison du troisième ion Na+.57,58

Pour permettre l’échange d’ions, au cours du cycle réactionnel, la protéine subit des changements conformationnels critiques, inversant l’accessibilité et la spécificité des sites de liaison aux cations.59 Dans l’état dit E1, la sous-unité α est accessible depuis le côté cytoplasmique et est sélective vis-à-vis du Na+. La liaison de 3 Na+ déclenche la phosphorylation du résidu Asp366 de l’ATP, conduisant à l’état E1P. En conséquence, les ions Na+ sont transportés à travers la membrane et libérés du côté extracellulaire. Par la libération de Na+, la protéine passe à l’état E2P, qui est une conformation extracellulaire accessible et sélective de K+. La liaison de 2 ions K+ du côté cytoplasmique déclenche la déphosphorylation par hydrolyse du résidu Asp366, avec transition vers l’état E2. La liaison à faible affinité d’une molécule d’ATP à l’état E2 stimule la transition vers l’état E1, dont la faible affinité pour les ions K+ détermine leur libération dans le cytosol. L’affinité plus élevée pour les ions ATP et Na+ de l’état E1 provoque la liaison du Na+ et la phosphorylation du domaine P qui s’ensuit. La rotation du domaine A et les réarrangements de TM1-6 médient ces transitions conformationnelles.59-64

La sous-unité β – dont il existe trois isoformes exprimées de manière différentielle (β1-3) – agit comme un chaperon moléculaire qui facilite le transport du réticulum endoplasmique vers la membrane plasmique de la sous-unité α et permet son repliement correct et son intégration membranaire.65,66

En plus du transport des ions à travers la membrane cellulaire, il a été démontré que la Na+/K+-ATPase a différentes fonctions, notamment la modulation de la transduction du signal via les cascades PI3K, PLC-γ et MAPK, les interactions protéiques avec d’autres enzymes transmembranaires et des protéines d’échafaudage et la régulation de l’activité d’autres transporteurs20,67,68.

Variants pathogènes de l’ATP1A3 Localisation et effet

Comme le montre la figure 1, les mutations de l’ATP1A3 affectent l’ensemble de la séquence codante. À la différence des mutations responsables de la RDP – qui sont distribuées dans tout le gène – les variantes responsables de la CAH sont plus fréquemment trouvées dans les exons 17 et 18.20 En ce qui concerne le domaine fonctionnel affecté, la plupart des variantes responsables de la CAH affectent les sites de liaison aux ions ou les segments transmembranaires qui abritent les résidus de liaison (Figure 2).57 Un plus petit groupe de mutations est trouvé dans les hélices transmembranaires autres que les segments de liaison aux ions. En outre, plusieurs mutations affectent les extensions cytoplasmiques des hélices transmembranaires TM3-5, qui relient ces hélices aux domaines cytoplasmiques A, N et P (mutations dites  » stalk « ).57 Ce dernier domaine cytoplasmique s’est avéré abriter plusieurs variants causant des CAH, tandis qu’un petit groupe de variants pathogènes a été trouvé pour affecter la boucle extracellulaire entre TM7 et TM8.

Figure 1 Distribution des variants causant des CAH le long du gène et de l’ARNm de l’ATP1A3.Note : Les colonnes indiquent le nombre de variants causant l’AHC (barres gris clair) et le nombre total de variants ATP1A3 pathogènes (barres gris foncé) rapportés dans chaque exon.Abréviations : AHC, hémiplégie alternante de l’enfant ; Nt, nucléotides ; bp, paires de bases.

Figure 2 Emplacement des variants causant l’AHC dans la protéine ATP1A3.Notes : Les points blancs montrent les variants causant l’AHC, les points noirs indiquent les variants causant l’EIEE avec la présence d’attaques hémiplégiques, les points bleus et blancs montrent les variants causant à la fois le RDP et l’AHC. Selon la localisation des domaines fonctionnels, les variants sont divisés en variants du site de liaison des ions (noir), variants de la membrane (bleu), variants de la tige (vert), variants du domaine P (violet) et variants extracellulaires (rouge). Les trois différents domaines cytosoliques de la protéine ATP1A3 sont indiqués en rouge (domaine A), vert (domaine N) et bleu (domaine P).Abréviations : AHC, hémiplégie alternante de l’enfant ; EIEE, encéphalopathie épileptique infantile précoce ; RDP, dystonie-parkinsonisme à déclenchement rapide.

Par conséquent, on s’attend à ce qu’une vaste proportion de variantes causant l’AHC affectent la liaison et le transport des ions, tandis qu’un autre groupe cohérent de mutations devrait affecter la phosphorylation de l’enzyme57.

Pour certaines des mutations des sites de liaison aux ions (Asp801Asn, Asp923Asn, Ser137Tyr, Phe780Leu, Ile810Asn), des preuves expérimentales d’une liaison Na+ défectueuse ont été fournies,69-71 tandis que pour d’autres variantes, une liaison Na+ altérée a été montrée avec des mutations affectant le résidu correspondant dans le paralogue α1.57 Il faut noter que peu de mutations ont été rapportées dans les hélices transmembranaires éloignées des sites de liaison aux ions (comme TM1-2 et TM9-10). Il est intéressant de noter que les variants affectant le domaine N-cytoplasmique ou le domaine C-terminal ont été décrits uniquement dans le RDP.

Corrélation génotype-phénotype

Émergence et fréquence des différents variants responsables de la CAH

Bien que la CAH soit un trouble sporadique dû à des variants de novo, quelques cas d’hérédité autosomique dominante ont été rapportés.4,25,26,72 Le mosaïcisme germinal a été rapporté dans des cas familiaux d’autres troubles liés à l’ATP1A3,73 mais il n’a pas été décrit dans la CAH jusqu’à présent.

Malgré le nombre croissant de variants pathogènes rapportés, les plus grandes études de cohorte menées dans différentes populations (cohortes européennes, nord-américaines et chinoises) ont démontré que trois variants représentent environ 60 % de tous les cas.4,30,74. Plus précisément, le variant p.Asp801Asn s’est avéré être à l’origine de 30 à 43 % de tous les cas, p.Glu815Lys est responsable de 16 à 35 % des cas et p.Gly947Arg représente 8 à 15 % (figure 3).

Figure 3 Fréquence des variants responsables de la CAH dans différentes cohortes.Notes : Le graphique montre la fréquence relative des variants affectant chaque résidu ATP1A3 spécifique dans une cohorte nord-américaine (ligne bleue, N= 151), européenne (ligne rouge, N= 130) et une cohorte chinoise (ligne noire, N= 45). Les pics sont exprimés en pourcentage du nombre total de patients atteints de la maladie d’Alzheimer dans chaque cohorte. Les trois points chauds pour les variants causant la CAH (Asp801, Glu915 et Gly947) sont indiqués au-dessus du pic correspondant.Abréviation : AHC, hémiplégie alternée de l’enfant.

Comme indiqué précédemment, la localisation des mutations de l’ATP1A3 le long de la séquence codante montre une corrélation génotype-phénotype du spectre clinique de l’ATP1A3. Seules des mutations spécifiques – en particulier près des domaines transmembranaires – et par conséquent des altérations protéiques entraînent la CAH (Rosewich H. Neurology 2014).27

Trois mutations missens récurrentes comptent pour 60% de tous les cas de CAH. Quinze pour cent des cas de CAH n’ont pas de mutation identifiée mais répondent aux critères cliniques. Dans un rapport récent de Panagiotakaki al. les données cliniques d’une grande cohorte de 155 patients du Consortium international de la CAH ont été examinées en profondeur et une tentative de corrélation discrète génotype-phénotype a été faite.30 Tout d’abord, il est intéressant de noter que des mutations ATP1A3 ont été détectées chez 85% des patients, confirmant qu’un petit groupe de patients répond aux critères de la CAH sans aucun diagnostic de génétique moléculaire. L’étude a également confirmé l’incidence relative des trois mutations les plus courantes : p.Asp801Asn, p.Glu815Lys et p.Gly947Arg. Parmi celles-ci, la mutation Glu815Lys est associée à un phénotype plus sévère, avec une épilepsie résistante aux médicaments, une déficience intellectuelle profonde et une dystonie sévère comme principaux résultats neurologiques. La mutation p.Asp801Asn semble être associée à un phénotype plus léger, avec un début plus tardif des événements paroxystiques et des attaques plégiques moins fréquentes ; la majorité des patients présentent une déficience intellectuelle modérée avec un taux plus élevé de problèmes comportementaux. La mutation p.Gly947Arg semble être corrélée à un pronostic positif ; le début de l’événement paroxystique est le plus tardif comparé aux deux autres mutations, de plus aucune déficience intellectuelle sévère n’a été rapportée. En conclusion, les trois mutations montrent un gradient de sévérité des symptômes : p.Glu815Lys > p.Asp801Asn > p.Gly947Arg. Le tableau 1 résume le spectre clinique associé aux trois mutations les plus courantes.

Tableau 1 Caractéristiques cliniques des variantes les plus courantes de l’ATP1A3 causant l’AHC

Données probantes issues d’études in vitro. et in vivo

Une grande contribution pour expliquer l’hétérogénéité clinique associée aux mutations ATP1A3 ainsi que pour améliorer nos connaissances et développer de nouvelles stratégies thérapeutiques, découle des modèles cellulaires et animaux.

Etudes cellulaires

Dans le neurone présentant la mutation de l’allèle α3, la Na+/K+ ATPase présente une affinité réduite pour le sodium, ce qui conduit à une concentration intracellulaire élevée de Na+ avec de nombreux événements dramatiques possibles tels que l’augmentation de l’influx d’ions Ca++ dans la cellule avec des effets toxiques et la libération d’acides aminés excitateurs50. De plus, il a été supposé qu’une altération de l’absorption de la dopamine secondaire à l’anomalie du gradient Na+ est partiellement responsable du syndrome lié à l’ATPase.4,75 Cette altération entraîne une dystonie et/ou un parkinsonisme sans dégénérescence de la voie nigrostriatale,54,75 mais elle n’a pas été démontrée par l’étude TEP et DAT-SCAN chez les patients RDP, ce qui explique l’absence de réponse à la lévodopa chez ces patients76.

L’hétérogénéité du spectre phénotypique présenté par les patients atteints de HCA et par les patients atteints de RDP suggère différentes conséquences cellulaires sous-jacentes pertinentes pour les mécanismes pathologiques. En général, depuis la première description et caractérisation des mutations de l’ATP1A3 associées à la CAH,8 l’activité de la pompe Na+/K+ semble être responsable de la pathogénicité dans la CAH. Il était donc raisonnable de penser que dans la RDP, la plupart des mutations affectaient l’expression des protéines et des surfaces cellulaires, et que dans la CAH, une activité altérée de la pompe pouvait expliquer le phénotype.8 Plusieurs études ont été menées pour clarifier cette question71,77 et une approche utile a été l’utilisation de cellules souches pluripotentes induites (iPS). Récemment, dans un modèle de neurones dérivés de cellules iPS provenant de patients atteints de la CAH et portant la mutation faux-sens p.Gly947Arg, des niveaux inférieurs de courant sortant sensible à l’ouabaïne (un transport net vers l’extérieur d’ions Na+) ont été mis en évidence par rapport aux témoins.77 En outre, comme cela peut être prédit par une plus faible concentration intracellulaire d’ions K+, les neurones présentent un potentiel de membrane au repos similaire à celui des cellules au repos avec une excitabilité altérée, traitant l’hypothèse d’un mécanisme de perte de fonction.77

En outre, dans une étude très récente (2019), Arystarkhova et al soulignent que la sévérité du phénotype ne peut pas être expliquée uniquement par la réduction de l’activité de la pompe et d’autres mécanismes cellulaires sont supposés à partir des données expérimentales, y compris le mauvais repliement de la protéine au niveau de l’appareil de Golgi et le rapport conséquent entre les bons et les mauvais allèles, par compétition.78

Études in vivo sur des animaux

Plusieurs modèles de souris ont été développés pour étudier les conséquences in vivo des variantes de l’isoforme α3. Il existe cinq modèles principaux qui ont été étudiés de manière exhaustive, résumés dans le tableau 2. Le premier modèle a été caractérisé par Moseley et al (2007).79 Introduisant une mutation d’une seule paire de bases dans l’intron 4 (α3+/KOI4), avec un épissage aberrant éliminant l’allèle (Atp1a3tm1/Ling/+), reproduit par d’autres auteurs,80,81 ces souris ont présenté à la fois un phénotype de type maniaque, augmenté par la réponse à la méthamphétamine, et des crises avec une activité motrice accrue. En 2013, Ikeda et al49 ont proposé un autre modèle de souris avec la grande délétion de 2 à 6 exons (α3+/E2-6) : pour la première fois, les souris affectées ont révélé une dystonie induite par des injections intracérébelleuses de kainite. En raison de la grande délétion et du produit aberrant séquentiel, le tableau clinique des deux modèles ci-dessus était très sévère et éloigné du phénotype ATP1A3 humain. Clapcote et al71 ont été les premiers à développer un modèle de souris avec une substitution d’un seul nucléotide entraînant une substitution d’un seul acide aminé (I810N, Myshkin α3+/I810N). Dans ses travaux, il a décrit des souris présentant des crises sévères à la fois spontanées et évoquées par un stress vestibulaire (course, saut), un arrêt comportemental (ressemblant à un gel) et la mort après des crises complexes partielles avec généralisation secondaire. Un autre modèle mutant similaire a été décrit par Hunayan et al en 2015, modélisant le variant pAsp801Asn, appelé Mashl +/- (α3+/D801N). Ce modèle rappelle de nombreuses caractéristiques de la CAH telles que la dystonie et l’hémiplégie, avec une atteinte cérébelleuse (ataxie et tremblement). Récemment, un autre modèle de souris de la SHA a été rapporté. Ce nouveau modèle de souris knock-in (Atp1a3E815K+/-, Matoub, Matb+/-) exprime la mutation E815K du gène Atp1a3 (le phénotype commun le plus sévère de la CAH).83 Dans leur élégante étude, les auteurs ont clairement démontré que les souris mutées exprimaient des caractéristiques comportementales et neurophysiologiques, ressemblant à la forme la plus sévère de la CAH. En particulier, l’initiative motrice était faible, les performances motrices étaient profondément altérées (par exemple, coordination, équilibre, démarche anormale) et, fait intéressant, outre l’épilepsie, on a observé que de nombreuses souris mouraient lors de crises spontanées ou de crises provoquées de mort subite inattendue en épilepsie (SUDEP).83 Il convient de noter que les épisodes d’hémiplégie et de dystonie étaient à la fois spontanés et induits par un niveau élevé de stress (par exemple, contact avec l’eau ou changement de cage), ce qui correspond probablement au phénotype humain. Il convient de souligner que, bien qu’il existe des différences entre les modèles proposés, certaines caractéristiques sont communes, notamment l’hyperexcitabilité cérébrale, les anomalies motrices (spontanées ou provoquées) et les altérations du comportement, selon un rôle central de l’ATP1A3 dans le fonctionnement du cerveau.

Tableau 2 Résumé des modèles de souris pré-cliniques des mutations ATP1A3 liées à la CAH

Conclusion

Avec l’émergence croissante de nouveaux phénotypes liés à l’ATP1A3 ainsi que la grande accessibilité aux tests génétiques dans cette nouvelle ère, les cliniciens et les scientifiques ont renouvelé leur intérêt pour les troubles liés à l’ATP1A3. En particulier, depuis la découverte que les mutations de l’ATP1A3 sont responsables de la CAH, de grands efforts ont été faits pour comprendre comment la perturbation des fonctions normales de l’activité de l’ATPase peut conduire à différents phénotypes de la maladie. Bien que de nombreux mécanismes pathogéniques contribuant à la CAH et à la RDP soient encore inconnus, les phénotypes de la CAH ont été mieux compris et délimités. Ainsi, ces dernières années, une corrélation génotype-phénotype a été tentée afin de classer les principaux phénotypes discrets. La CAH est une maladie complexe dont le tableau clinique comprend des événements paroxystiques fluctuant dans le temps, la dystonie, l’épilepsie, l’ataxie ainsi qu’une déficience intellectuelle et des troubles du comportement ; par conséquent, la compréhension de l’évolution naturelle, du pronostic et de l’espérance est très importante pour les soins des patients, les cliniciens et les soignants. Pour les trois mutations les plus fréquentes et récurrentes dans la population (comme le montre la figure 3), nous sommes raisonnablement en mesure de savoir quelle sera l’évolution clinique, quelles conditions nous devons traiter et, peut-être, de prédire le pronostic. Malheureusement, un pourcentage relativement faible de patients reste sans diagnostic ou n’entre pas dans l’une de ces trois catégories phénotypiques discrètes ; la plupart d’entre eux présentent des signes et des symptômes neurologiques associés de manière variable, révélant la nature du spectre continu de la maladie ATP1A3. Néanmoins, pour tous les patients, la compréhension des mécanismes moléculaires ultimes qui sous-tendent les perturbations de la fonction de la protéine ATP1A3 est l’objectif à atteindre pour obtenir de nouvelles approches thérapeutiques. La modélisation in vitro ainsi que les modèles animaux de la maladie phénotypant de plus en plus la condition clinique humaine sont le cadre prometteur dans lequel de nouveaux traitements efficaces peuvent être développés.