Role of the cholesterol hydroxylase enzyme CYP46A1 in cholesterol metabolism and neuroprotection in Huntington's disease

par Radhia Kacher

Thèse de doctorat en Neurosciences

Sous la direction de Sandrine Betuing.

Soutenue le 05-02-2019

à Sorbonne université , dans le cadre de École doctorale Cerveau, cognition, comportement (Paris) , en partenariat avec Institut de biologie Parie-Seine (laboratoire) .

Le président du jury était Alexandra Dürr.

Le jury était composé de Sandrine Humbert, Pierre Trifilieff, Jocelyne Caboche.

Les rapporteurs étaient Emmanuel Brouillet, Valerio Leoni.

  • Titre traduit

    Rôle de la cholestérol hydroxylase CYP46A1 dans le métabolisme du cholestérol et les mécanismes de neuroprotection dans la maladie de Huntington


  • Résumé

    La maladie de Huntington (MH) est une maladie génétique autosomique dominante, causée par une augmentation du nombre de CAG sur le gène de la huntingtin. L’homéostasie du cholestérol cérébral est altérée dans la MH. L’expression de CYP46A1, enzyme neuronale catabolisant le cholestérol dans le cerveau, est diminuée dans le putamen des patients et dans le striatum de souris modèles de la MH. Après restauration de l’expression de CYP46A1 dans le striatum des souris Knock-In zQ175, les capacités locomotrices sont améliorées, l’agrégation de la huntingtine mutée est diminuée, l’atrophie neuronale est limitée et le métabolisme du cholestérol est stimulé. Une nouvelle signature transcriptionnelle est induite par CYP46A1, avec une restauration des voies impliquées dans l'autophagie, le protéasome, la communication synaptique et le transport axonal, connues pour leur dysfonctionnement dans la MH. CYP46A1 améliore la transmission synaptique et augmente la densité en épines synaptiques. L'élimination des agrégats par autophagie et par le protéasome est augmentée avec CYP46A1. Enfin, le transport de BDNF et de TrkB est amélioré par CYP46A1 dans un modèle in vitro de la MH. Ces résultats révèlent l'effet pléiotrope et bénéfique de la régulation du métabolisme du cholestérol dans la MH. Pour approfondir cette étude, une technique de tri cellulaire a été mise au point, afin de séparer les neurones et les astrocytes à partir de striatum de souris, pour étudier les régulations transcriptomique et lipidomique de ces deux populations. Cette étude permettra d’identifier de nouvelles cibles impliquées dans la neuroprotection par CYP46A1 et présentant un intérêt thérapeutique dans la MH.


  • Résumé

    Huntington’s disease (HD) is an autosomal dominant neurodegenerative disease caused by abnormal CAG expansion on huntingtin’s gene. Recently, altered brain cholesterol homeostasis has been implicated in HD. Particularly, the expression of CYP46A1, the rate-limiting enzyme for cholesterol degradation in the brain, is decreased in patients’ putamen and in the striatum of HD mouse models. We restored CYP46A1 expression into the striatum of the zQ175 mice. Behavioral, neuropathological and molecular tests were performed and showed an improvement of locomotor activity and histological landmarks. Cholesterol homeostasis was restored with an increase of cholesterol degradation and synthesis. CYP46A1 induced a new transcriptional signature, with restoration of pathways involved in autophagy, proteasome, synaptic communication and axonal transport, which are known to be dysfunctional in HD. CYP46A1 improved synaptic transmission and spine density in the striatum of the zQ175 mice. Aggregate clearance mediated by autophagy and proteasome was increased after CYP46A1 expression. Finally, BDNF and TrkB transport were enhanced by CY46A1 in HD in vitro models. Overall, CYP46A1 restoration alleviates the zQ175 pathological phenotype through a global compensation. To gain further insights into CYP46A1 neuroprotection, a cell sorting strategy was set up to study the transcriptomic and lipidomic signature in purified neurons and astrocytes. This method will lead to a greater understanding of cell-type-specific regulations and cell communication. Altogether, this project gave new insights into the potential application of CYP46A1 restoration as a therapeutic strategy in HD.


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