Characterization of SRD5A3 congenital disorder of glycosylation and glycogen storage disease type III in Caenorhabditis elegans patient specific models

Abstract

Les maladies neurométaboliques rares posent des défis importants en raison de leur physiopathologie complexe et de la rareté des options thérapeutiques spécifiques aux patients. Cette thèse utilise le nématode Caenorhabditis elegans (C. elegans) comme modèle pour caractériser des conditions spécifiques aux patients telles que du trouble congénital de la glycosylation SRD5A3 (SRD5A3-CDG) et la maladie de stockage du glycogène de type III (GSDIII), faisant progresser notre compréhension de ces maladies et explorant de nouvelles avenues thérapeutiques. Dans le premier projet, nous avons développé le premier modèle viable de SRD5A3-CDG, élucidant les phénotypes liés à la maladie tels que le retard de développement, les anomalies neuronales et les changements métaboliques dans la voie du mévalonate. Grâce à un criblage de médicaments à haut débit, nous avons identifié l'atorvastatine comme une piste thérapeutique potentielle, dont la validation translationnelle est en cours dans un essai clinique en cours chez un patient américain atteint de CDG. Les travaux futurs visent à disséquer les mécanismes dépendants et indépendants du cholestérol de l'atorvastatine en utilisant d'autres modèles in vivo, tels que le poisson zèbre. Le second projet s'est concentré sur l'élucidation des mécanismes de la GSDIII. Le modèle C. elegans a révélé une accumulation de glycogène analogue à la pathologie humaine, ainsi qu'une altération de la motilité, de la durée de vie et de la progéniture. En intégrant le criblage pharmacologique à l'interférence ARN et aux approches de séquençage, CHK1 a été identifié comme un modificateur génétique potentiel de l'accumulation de glycogène. Une validation plus poussée dans des modèles de mammifères est cruciale pour faire progresser ces résultats vers une application thérapeutique. Des recherches supplémentaires sont proposées pour explorer l'activité catalytique différentielle des enzymes de débranchement du glycogène et leurs implications dans les sous-types de GSDIII. Cette thèse souligne le potentiel du nématode C. elegans en tant que modèle translationnel pour les maladies rares, comblant les besoins entre la recherche fondamentale et la médecine personnalisée. Nos résultats démontrent comment les modèles de nématodes spécifiques aux patients peuvent informer la médecine de précision, en favorisant les collaborations pour développer des thérapies innovantes pour les maladies métaboliques rares. Ce travail contribue au domaine plus large des soins de santé personnalisés en abordant les défis multiples des maladies rares par le biais d'approches interdisciplinaires. Rare neurometabolic diseases pose significant challenges due to their complex physiopathology and the paucity of patient-specific therapeutic options. This thesis employs the nematode Caenorhabditis elegans (C. elegans) as a model organism to characterize patient-specific conditions of SRD5A3 congenital disorder of glycosylation (SRD5A3-CDG) and glycogen storage disease type III (GSDIII), advancing our understanding of these diseases and exploring novel therapeutic avenues. In the first project, we developed the first viable in vivo nematode model of SRD5A3-CDG, elucidating disease-relevant phenotypes such as developmental delay, neuronal abnormalities, and metabolic shifts in the mevalonate pathway. Utilizing high-throughput drug screening, we identified atorvastatin as a potential therapeutic hit, with translational validation underway through patient fibroblast studies and an ongoing off-label clinical trial in a U.S.-based CDG patient. Future work aims to dissect atorvastatin's cholesterol-dependent and independent mechanisms using alternative in vivo models, such as zebrafish knockouts. The second project focused on unraveling the mechanisms of GSDIII. The C. elegans model revealed glycogen accumulation analogous to human pathology, alongside impaired motility, lifespan, and progeny. By integrating pharmacological screening with RNA interference and sequencing approaches, CHK1 was identified as a potential genetic modifier of glycogen buildup. Further validation in mammalian models is crucial to advance these findings toward therapeutic application. Additional investigations are proposed to explore the differential catalytic activity of glycogen debranching enzymes and their implications in GSDIII subtypes. This thesis underscores the potential of C. elegans as a translational model for rare diseases, bridging gaps between fundamental research and clinical medicine. Our findings demonstrate how patient-specific nematode models can inform precision medicine, fostering collaborations to develop innovative therapies for rare metabolic disorders. This work contributes to the broader field of personalized healthcare by addressing the multifaceted challenges of rare diseases through interdisciplinary approaches.