CACNA2D4, a regulatory subunit of voltage gated calcium channel, involved in exertional heat stroke
CACNA2D4, une sous-unité régulatrice des canaux calciques voltage-dépendant, associée à la survenue de l'hyperthermie d'effort
Résumé
Exertional Heat Stroke (EHS) is a life-threatening disease defined by severe hyperthermia, with a body temperature above 40°C, associated with a sudden neurological dysfunction, observed in healthy individuals exposed to intensive physical exercise. EHS shares many clinical and biological similarities with Malignant Hyperthermia (MH), a pharmaco-genetic disease triggered by volatile halogenated agents mostly associated with mutations in the RYR1 gene, and more rarely in the CACNA1S and STAC3 genes. Several evidence support the existence of inherited genetic mutations that predispose some patients to EHS, but to date, the genetic bases of EHS remain poorly documented. Mutations in RYR1 have been associated with EHS with a much lower prevalence than in MH, which suggests the involvement of other genes.We report here the genetic study of a cohort of soldiers presenting with an EHS episode in whom mutations in RYR1 were previously excluded. Whole Exome Sequencing analysis led to the identification of variants in the CACNA2D4 gene in four unrelated patients. CACNA2D4 encodes the α2δ-4 isoforms of the α2δ class of regulatory subunit of voltage-gated channels of the Cav family. We show here that a CACNA2D4 transcript is expressed in mouse skeletal muscle. In vitro, studies demonstrate that the 4 genetic variations of CACNA2D4 found in patients having experienced an EHS crisis modify the functionality of the protein. The S299R variation localized in the MIDAS domain of α2δ-4 impacts the direct interaction of the protein with the α1 subunit of DHPR in a reconstituted system, as well as its channel properties. The mouse model with a knock-in for the S299R (KI-S306R) mutation is viable and fertile. When submitted to intense exercise protocol a significant increase in blood CPK levels, reflecting enhanced rhabdomyolysis, which was observed in KI-S306R animals compared to WT littermates in addition, female KI-S306R mice experienced an EHS-like crisis associated with a significant elevation in core body temperature compared to WT.Altogether, our data point to the CACNA2D4 gene as probably involved in skeletal muscle function and as a major gene mutated in EHS.
L’hyperthermie d’effort (HE) est une maladie potentiellement mortelle définie par une hyperthermie sévère, avec une température corporelle supérieure à 40°C, associée à un dysfonctionnement neurologique soudain, observé chez des individus sains exposés à un exercice physique intensif. L’HE partage de nombreuses similitudes cliniques et biologiques avec l’hyperthermie maligne (HM), une maladie pharmacogénétique déclenchée par des agents halogénés volatils principalement associés à des mutations du gène RYR1, et plus rarement des gènes CACNA1S et STAC3. Plusieurs preuves soutiennent l’existence de mutations génétiques héréditaires qui prédisposent certains patients à l’HE, mais à ce jour, les bases génétiques de l’HE restent peu documentées. Les mutations de RYR1 ont été associées à l’HE avec une prévalence beaucoup plus faible que dans le HM, ce qui suggère l’implication d’autres gènes.Nous rapportons ici l’étude génétique d’une cohorte de soldats présentant un épisode d’HE chez qui les mutations de RYR1 étaient précédemment exclues. L’analyse du séquençage de l’exome entier a conduit à l’identification de variantes du gène CACNA2D4 chez quatre patients non apparentés. CACNA2D4 code pour les isoformes α2δ-4 de la classe α2δ de sous-unité régulatrice des canaux voltage-dépendants de la famille Cav. Nous montrons ici qu’une nouvelle isoforme d’épissage du transcrit CACNA2D4 est exprimée dans le muscle squelettique de la souris. In vitro, les études démontrent que les 4 variations génétiques de CACNA2D4 retrouvées chez les patients ayant vécu une crise HE modifient la fonctionnalité de la protéine. Le modèle murin avec un knock-in pour la mutation S299R (KI-S306R) est viable et fertile. Lorsqu’elles ont été soumises à un protocole d’exercice intense, une augmentation significative des taux sanguins de CPK, reflétant une rhabdomyolyse accrue, qui a été observée chez les animaux KI-S306R par rapport à leurs compagnons de portée WT, de plus, les souris KI-S306R ont connu une crise de type HE associée à une élévation significative de la température rectale par rapport à WT.Dans l’ensemble, nos données indiquent que le gène CACNA2D4 est probablement impliqué dans la fonction des muscles squelettiques et qu’il s’agit d’un gène majeur muté dans l’HE.
| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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