Implication des LXRs dans la myélinisation du système nerveux périphérique

Implication of LXRs in the myelination of the peripheral nervous system

• Auteur / Autrice : Tatiana El Jalkh
• Direction : Sophie Bernard, Frédéric Harb
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Neurosciences
• Date : Soutenance le 01/07/2021
• Etablissement(s) : Université Paris Cité
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Médicament, toxicologie, chimie, imageries (Paris ; 2014-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Pharmacologie, Toxicologie et Signalisation Cellulaire (Paris ; 2006-2013)
• Jury : Président / Présidente : Olivier Laprévote
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Olivier Laprévote, Michaël Schumacher, Jean-Marc Lobaccaro, Adina N. Lazar, Amalia Trousson, Robert Fledrich
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Michaël Schumacher, Jean-Marc Lobaccaro

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cellules de Schwann

Cholestérol

Nerfs périphériques

Myélinisation

Myéline

Récepteurs LXR

Mots clés libres

Liver X Receptor ß

Myéline

Système nerveux périphérique

Homéostasie du cholestérol

Cellules de Schwann

Cellules périneuriales

Liver X Receptor ß

Myelin

Peripheral Nervous System

Cholesterol Homeostasis

Schwann Cells

Perineurial Cells

Résumé

Les LXRs (Liver X Receptors) sont des récepteurs nucléaires, initialement considérés comme récepteurs orphelins. Il a finalement été montré que les oxystérols endogènes pouvaient lier et activer ces récepteurs qui existent sous deux isoformes. Le LXRb est exprimé de manière ubiquitaire tandis que le LXRa est principalement exprimé dans la rate, la glande surrénale, les intestins, le tissu adipeux, les macrophages, les poumons et les reins. Les LXRs ont plusieurs fonctions mais ils régulent surtout l'homéostasie du cholestérol, la lipogenèse et l'inflammation. Ils sont impliqués dans de nombreuses maladies métaboliques et neurodégénératives du système nerveux central et périphérique. Des études antérieures menées par notre équipe ont montré que les mutants totaux LXR a et b présentent une dérégulation de l'expression des protéines de la myéline, des gaines de myéline plus minces et des niveaux de stress oxydatif élevés. Le LXRb étant l'isoforme prédominant dans le système nerveux périphérique, nous avons utilisé un modèle spécifique invalidant le LXRb uniquement dans les cellules de Schwann (LXRb SC KO). Celui-ci présente un phénotype inattendu : de graves déficits comportementaux, locomoteurs et très peu d'axones myélinisés. Nous avons donc cherché à comprendre les conséquences du LXRb SC KO sur l'intégrité structurale, les propriétés biophysiques et biochimiques des nerfs sciatiques. Des mesures électrophysiologiques ont mis en évidence une altération de la conduction nerveuse. Des mesures de forces réalisées par microscopie à force atomique ont montré que les propriétés mécaniques des fibres nerveuses des nerfs KO n'étaient pas affectées. L'hypothèse d'une réorganisation structurale du nerf sciatique suite à l'invalidation du LXRb a été posée afin d'expliquer ces résultats. Une augmentation du dépôt de collagène et du nombre de cellules endoneuriales, accompagnée de l'infiltration des cellules périneuriales dans l'espace endoneurial ont été observées dans les nerfs sciatiques des souris LXRb SC KO. Nous avons évalué la composition lipidique des nerfs sciatiques par imagerie par spectrométrie de masse ToF-SIMS et observé une diminution drastique de la quantité de cholestérol. Celle-ci s'accompagne d'une baisse des niveaux d'ARNm des enzymes clés impliquées dans la biosynthèse et la régulation du cholestérol. Par contre les niveaux d'ARNm des cibles directes du LXR impliquées dans le transport et l'efflux du cholestérol sont plus élevés dans le nerf sciatique LXRb SC KO que dans les contrôles. Cependant, la sphingomyéline est plus abondante dans les nerfs sciatiques des souris LXRb SC KO que dans les contrôles. Nos résultats mettent donc en évidence l'altération des propriétés structurales et biochimiques du nerf sciatique en raison de l'invalidation spécifique du LXRb ainsi qu'une tentative des composants cellulaires du nerf sciatique de préserver son intégrité en modifiant sa composition. Nous nous sommes ensuite interrogés sur la présence des CS et leur capacité à myéliniser. Les taux d'expression des ARNm des protéines de la myéline ainsi que les marqueurs cellulaires de la CS sont considérablement réduits; expliquant l'absence de myélinisation. Les recherches en cours dans notre laboratoire ont révélé que l'absence des CS est même observée au cours des premiers stades de développement. Les co-cultures dissociées de DRG (Dorsal Root Ganglia) à partir d'embryons LXRb SC KO à E13,5 ont révélé que les progéniteurs des CS commencent à se détacher au jour 7 (DIV7) in vitro. Afin d'identifier le stade de développement des CS à DIV7, nous avons étudié l'expression des marqueurs de différentiation de ces dernières au cours du temps. Nous avons montré que la période entre DIV5 et DIV7 correspond à la transition des précurseurs des CS au stade immature, et par conséquent conclu que le LXRb joue un rôle crucial lors de cette transition pour la survie des CS, leur différenciation et le maintien de l'intégrité des nerfs périphériques.

The Liver X Receptors (LXRs) are members of the nuclear receptor superfamily, initially considered as orphan receptors. The discovery of LXR ligands, the endogenous oxysterols, deorphanized LXRs and hinted at their functions. LXR is present in two isoforms: LXRb is ubiquitously expressed while LXRa is mainly expressed in the spleen, adrenal gland, intestines, adipose tissue, macrophages, lung and kidney. LXRs have multiple functions but most importantly they regulate: cholesterol homeostasis, lipogenesis and inflammation. Moreover, LXRs are implicated in many metabolic diseases and neurodegenerative diseases in the Central and Peripheral Nervous Systems. Previous studies, led by our team, have shown that LXR a and b total mutants show dysregulation of myelin gene expression, thinner myelin sheaths and elevated oxidative stress levels. LXRb has been shown to be the predominant isoform of the LXR in the PNS, therefore we constructed a specific knock out model of the LXRb isoform uniquely in Schwann cells (SCs); the myelinating glia of the PNS. Surprisingly, the LXR beta Schwann Cell specific Knock-Out (LXRb SC KO) mice manifested severe behavioral and locomotive deficits and the presence of very few myelinated axons. We aimed to understand the consequences of LXRb SC KO on the structural integrity, biophysical properties and lipid homeostasis of the sciatic nerves. For this reason, electrophysiological measurements were conducted on these nerves and revealed a drastic decrease of nerve conduction. In addition, force measurements by atomic force microscopy showed that the mechanical properties of the KO nerve fibers were not affected. Structural reorganization of the sciatic nerve following LXRb ablation was put into question in order to explain these results. Increased collagen deposition as well as increased number of Endoneurial Fibroblasts-Like cells and the infiltration of perineurial cells into the endoneurial space were all observed in LXRb SC KO sciatic nerve. Furthermore, we assessed the lipid composition of the sciatic nerve by Time-of-Flight Secondary Ion Mass Spectrometry and observed a massive decrease in cholesterol levels accompanied with the downregulation of mRNA levels of key enzymes involved in cholesterol biosynthesis and regulation. Nonetheless, ABCA1 and ApoE mRNA levels, which are LXR direct targets involved in cholesterol transport and efflux, were upregulated in LXRb SC KO sciatic nerve. Furthermore, to our surprise sphingomyelin is more abundant in the sciatic nerves of LXRb SC KO mice. Thus, our results highlight the alteration of sciatic nerve structural and biochemical properties due to the specific ablation of LXRb and the attempt of SN cellular components in rescuing the sciatic nerve integrity. We then questioned the presence of Schwann cells and their ability to myelinate. Therefore, we evaluated the expression levels of myelin proteins PMP22 and MPZ transcripts in the sciatic nerves of LXRb SC KO mice and we found that they were drastically reduced as well as Schwann cell markers, explaining the absence of myelination. The ongoing research in our lab revealed that Schwann cell absence is even observed during earlier developmental stages. DRG dissociated co-cultures from LXRb SC KO E13.5 embryos revealed that SC progenitors start detaching at Day 7 in vitro (DIV7). In order to identify the SC developmental stage at DIV7, we conducted a study to understand the different SC developmental stages of in vitro cultured DRGs. We have shown that the period between DIV5 to DIV7 corresponds to the transition from SC precursors to immature SCs. Consequently, we can conclude that the LXRb is of crucial importance during this transition for SC survival, differentiation and maintaining the integrity of the peripheral nerves.