Schwannopathie dans le diabète: une étude du rôle des protéines mTOR, AhR, Nox4 et SMN1 dans la pathologie de la maladie

par Mohamed El massry

Thèse de doctorat en Neurosciences

Sous la direction de Charbel Massaad et de Assaad Eid.

Thèses en préparation à l'Université Paris Cité , dans le cadre de ED 563 Médicament, Toxicologie, Chimie, Imageries .


  • Résumé

    Le diabète est un groupe de troubles métaboliques associés à un large éventail de complications. La neuropathie diabétique (DN) est l'une des complications débilitantes affectant plus de 50% des patients diabétiques, la neuropathie diabétique périphérique (NDP) étant le type le plus courant. La NDP est caractérisé par des changements structurels et fonctionnels dans les nerfs périphériques avec des manifestations cliniques allant d'une perception accrue de la douleur à une perte sensorimotrice à des stades plus prononcés de la maladie. Des études ont impliqué la production d'espèces réactives de l'oxygène (ERO) dans la pathogenèse des complications diabétiques. Une source majeure signalée est la famille d'enzymes NADPH oxydase (Nox). Cependant, l'implication de la famille Nox dans les lésions périphériques induites par le diabète et la diaphonie avec différentes voies de signalisation est mal comprise. Dans cette étude, nous étudions l'effet de l'hyperglycémie / taux élevé de glucose sur l'expression de l'isoforme NADPH oxydase 4 (Nox4). Nous examinons en outre la relation entre Nox4 et la voie mTOR, étant un régulateur majeur de la croissance cellulaire, de la survie et du métabolisme. De plus, l'implication du récepteur d'hydrocarbure arylique (AhR), actuellement reconnu comme un acteur important dans la physiologie du système nerveux, est étudiée en réponse à l'abondance de glucose dans le système nerveux périphérique (PNS), ainsi que son effet sur la production des ERO via Nox4. Enfin, comme le diabète est associé à des défauts de la myéline, nous explorons le rôle de la protéine 1 du neurone moteur de survie (SMN1) dans la médiation du dysfonctionnement des gènes de la myéline dans un milieu hyperglycémique, incluant les facteurs de transcription Sox10 et Krox20 et les protéines périphériques de la myéline MPZ, PMP22 et MBP, tout en considérant l'effet du stress oxydant sur sa fonction. Par la présente, nous montrons que la branche mTORC2 de la voie est activée dans le nerf sciatique des animaux diabétiques et dans les cellules de Schwann in vitro, tandis que son inhibition empêche l'établissement de lésions nerveuses dans les modèles animaux de diabète de type 1 et de type 2. De plus, nous suggérons que l'activité mTOR exacerbe le statut oxydatif dans les nerfs périphériques via Nox4. L'AhR est également montré être activé en réponse à des concentrations élevées de glucose et contribue à la production et à l'activation accrues de Nox4, qui à son tour favorise l'expression de SMN1 et culmine dans la lésion de la myéline. De plus, mTOR régule AhR, qui, directement ou indirectement via Nox4, contrôle l'expression du gène SMN1. Ensemble, nos données promeuvent des approches thérapeutiques différentielles pour la prévention du développement de lésions nerveuses périphériques dans le diabète par l'identification de nouveaux mécanismes moléculaires impliqués dans la pathologie de la NDP.

  • Titre traduit

    Schwannopathy in Diabetes: An Investigation of the role of the mTOR, AhR, Nox4 and SMN1 proteins in the pathology of the disease


  • Résumé

    Diabetes is a group of metabolic disorders associated with a wide range of complications. Diabetic neuropathy (DN) is one of the debilitating complications affecting more than 50% of diabetic patients, with Diabetic Peripheral Neuropathy (DPN) being the most common type. DPN is characterized by structural and functional changes in the peripheral nerves with clinical manifestations ranging from increased pain perception to sensorimotor loss at more pronounced stages of the disease. Studies have implicated Reactive Oxygen Species (ROS) production in the pathogenesis of diabetic complications. One major reported source is the NADPH Oxidase family of enzymes (Nox). However, the involvement of the Nox family in diabetes-induced peripheral injury and the crosstalk with different downstream and upstream signaling pathways is poorly understood. In this study, we investigate the effect of hyperglycemia/high glucose on the expression of the NADPH oxidase isoform 4 (Nox4). We further examine the relation between Nox4 and the mTOR pathway, being a major regulator of cellular growth, survival and metabolism. Moreover, the involvement of the Aryl hydrocarbon receptor (AhR), currently recognized as an important player in the physiology of the nervous system, is investigated in response to the abundance of glucose in the peripheral nervous system (PNS), as well as its effect on ROS production through Nox4. Finally, since diabetes has been associated with myelin defects, we explore the role of the survival motor neuron protein 1 (SMN1) in the mediation of myelin genes dysfunction in a hyperglycemic milieu including the transcription factors Sox10 and Krox20 and peripheral myelin proteins MPZ, PMP22 and MBP, while considering the effect of oxidative stress on its function. Hereby, we show that the mTORC2 branch of the pathway is activated in the sciatic nerve of diabetic animals and in Schwann cells in vitro, while its inhibition prevents the establishment of nerve injury in animal models of type 1 and type 2 diabetes. Furthermore, we suggest that mTOR activity exacerbates the oxidative status with the peripheral nerves through Nox4. AhR is also shown to be upregulated in response to high glucose concentrations and contributes to the increased production and activation of Nox4, which in turn promotes the expression of SMN1 and culminates in myelin injury. Moreover, mTOR upstreamly regulates AhR, which either directly, or indirectly through Nox4, controls SMN1 gene expression. Taken together, our data promote differential therapeutic approaches for the prevention of the development of peripheral nerve injury in diabetes by the identification of novel molecular mechanisms involved in the pathology of DPN.