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TUBG1 missense variants underlying cortical malformations disrupt neuronal locomotion and microtubule dynamics but not neurogenesis

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  • Ekaterina L. Ivanova

    (Institut de Génétique et de Biologie Moléculaire et Cellulaire
    Centre National de la Recherche Scientifique, UMR7104
    Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale, U1258
    Université de Strasbourg)

  • Johan G. Gilet

    (Institut de Génétique et de Biologie Moléculaire et Cellulaire
    Centre National de la Recherche Scientifique, UMR7104
    Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale, U1258
    Université de Strasbourg)

  • Vadym Sulimenko

    (Institute of Molecular Genetics of the Czech Academy of Sciences)

  • Arnaud Duchon

    (Institut de Génétique et de Biologie Moléculaire et Cellulaire
    Centre National de la Recherche Scientifique, UMR7104
    Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale, U1258
    Université de Strasbourg)

  • Gabrielle Rudolf

    (Institut de Génétique et de Biologie Moléculaire et Cellulaire
    Centre National de la Recherche Scientifique, UMR7104
    Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale, U1258
    Université de Strasbourg)

  • Karen Runge

    (Institut de Génétique et de Biologie Moléculaire et Cellulaire
    Centre National de la Recherche Scientifique, UMR7104
    Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale, U1258
    Université de Strasbourg)

  • Stephan C. Collins

    (Institut de Génétique et de Biologie Moléculaire et Cellulaire
    Centre National de la Recherche Scientifique, UMR7104
    Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale, U1258
    Université de Strasbourg)

  • Laure Asselin

    (Institut de Génétique et de Biologie Moléculaire et Cellulaire
    Centre National de la Recherche Scientifique, UMR7104
    Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale, U1258
    Université de Strasbourg)

  • Loic Broix

    (Institut de Génétique et de Biologie Moléculaire et Cellulaire
    Centre National de la Recherche Scientifique, UMR7104
    Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale, U1258
    Université de Strasbourg)

  • Nathalie Drouot

    (Institut de Génétique et de Biologie Moléculaire et Cellulaire
    Centre National de la Recherche Scientifique, UMR7104
    Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale, U1258
    Université de Strasbourg)

  • Peggy Tilly

    (Institut de Génétique et de Biologie Moléculaire et Cellulaire
    Centre National de la Recherche Scientifique, UMR7104
    Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale, U1258
    Université de Strasbourg)

  • Patrick Nusbaum

    (Hôpital Cochin, AP-HP)

  • Alexandre Vincent

    (Institut de Génétique et de Biologie Moléculaire et Cellulaire
    Centre National de la Recherche Scientifique, UMR7104
    Université de Strasbourg)

  • William Magnant

    (Institut de Génétique et de Biologie Moléculaire et Cellulaire
    Centre National de la Recherche Scientifique, UMR7104
    Université de Strasbourg)

  • Valerie Skory

    (Institut de Génétique et de Biologie Moléculaire et Cellulaire
    Centre National de la Recherche Scientifique, UMR7104
    Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale, U1258
    Université de Strasbourg)

  • Marie-Christine Birling

    (CELPHEDIA, PHENOMIN, Institut Clinique de la Souris (ICS))

  • Guillaume Pavlovic

    (CELPHEDIA, PHENOMIN, Institut Clinique de la Souris (ICS))

  • Juliette D. Godin

    (Institut de Génétique et de Biologie Moléculaire et Cellulaire
    Centre National de la Recherche Scientifique, UMR7104
    Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale, U1258
    Université de Strasbourg)

  • Binnaz Yalcin

    (Institut de Génétique et de Biologie Moléculaire et Cellulaire
    Centre National de la Recherche Scientifique, UMR7104
    Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale, U1258
    Université de Strasbourg)

  • Yann Hérault

    (Institut de Génétique et de Biologie Moléculaire et Cellulaire
    Centre National de la Recherche Scientifique, UMR7104
    Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale, U1258
    Université de Strasbourg)

  • Pavel Dráber

    (Institute of Molecular Genetics of the Czech Academy of Sciences)

  • Jamel Chelly

    (Institut de Génétique et de Biologie Moléculaire et Cellulaire
    Centre National de la Recherche Scientifique, UMR7104
    Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale, U1258
    Université de Strasbourg)

  • Maria-Victoria Hinckelmann

    (Institut de Génétique et de Biologie Moléculaire et Cellulaire
    Centre National de la Recherche Scientifique, UMR7104
    Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale, U1258
    Université de Strasbourg)

Abstract

De novo heterozygous missense variants in the γ-tubulin gene TUBG1 have been linked to human malformations of cortical development associated with intellectual disability and epilepsy. Here, we investigated through in-utero electroporation and in-vivo studies, how four of these variants affect cortical development. We show that TUBG1 mutants affect neuronal positioning, disrupting the locomotion of new-born neurons but without affecting progenitors’ proliferation. We further demonstrate that pathogenic TUBG1 variants are linked to reduced microtubule dynamics but without major structural nor functional centrosome defects in subject-derived fibroblasts. Additionally, we developed a knock-in Tubg1Y92C/+ mouse model and assessed consequences of the mutation. Although centrosomal positioning in bipolar neurons is correct, they fail to initiate locomotion. Furthermore, Tubg1Y92C/+ animals show neuroanatomical and behavioral defects and increased epileptic cortical activity. We show that Tubg1Y92C/+ mice partially mimic the human phenotype and therefore represent a relevant model for further investigations of the physiopathology of cortical malformations.

Suggested Citation

  • Ekaterina L. Ivanova & Johan G. Gilet & Vadym Sulimenko & Arnaud Duchon & Gabrielle Rudolf & Karen Runge & Stephan C. Collins & Laure Asselin & Loic Broix & Nathalie Drouot & Peggy Tilly & Patrick Nus, 2019. "TUBG1 missense variants underlying cortical malformations disrupt neuronal locomotion and microtubule dynamics but not neurogenesis," Nature Communications, Nature, vol. 10(1), pages 1-18, December.
  • Handle: RePEc:nat:natcom:v:10:y:2019:i:1:d:10.1038_s41467-019-10081-8
    DOI: 10.1038/s41467-019-10081-8
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