Etude des mécanismes cellulaires mis en jeu dans trois pathologies du système moteur
par Arnaud Jacquier
Thèse de doctorat en Neuroscience
Sous la direction de Georg Haase.
Soutenue en 2008
à Aix-Marseille 2 , dans le cadre de Ecole Doctorale Sciences de la Vie et de la Santé (Marseille) .
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Résumé
Parmi les pathologies des neurones moteurs, la Sclérose Latérale Amyotrophique (SLA) se caractérise par une atteinte des neurones moteurs supérieurs et inférieurs alors que la Sclérose Latérale Primitive (SLP) et la Paraplégie Spastique Héréditaire (PSH) affectent principalement les neurones moteurs supérieurs. La maladie de Charcot Marie Tooth (CMT) se distingue par une atteinte démyélinisante ou axonale des neurones moteurs inférieurs et sensitifs. Mon travail de thèse a porté sur l’étude de la fonction de trois gènes mutés dans ces pathologies. 1. Des mutations autosomiques récessives du gène ALS2/alsine sont responsables de formes juvéniles de SLA, SLP et PSH. Alsine agit comme un facteur d’échange de nucléotides guanyliques pour les petites GTPases Rac1 et Rab5. Par la technique d’interférence à l’ARN, nous avons montré que la déplétion en Alsine perturbe l’endocytose des neurones moteurs inférieurs et induit de manière Rac1-dépendante un retard de croissance axonale et la mort cellulaire. Nous avons également démontré que les astrocytes sécrètent un facteur soluble capable de protéger les neurones moteurs inférieurs contre la perte d’Alsine. Cet effet protecteur pourrait expliquer la préservation relative de ce type de neurones chez les patients et les souris « knock out » pour alsine. 2. Des mutations dans frabine, un facteur d’échange de nucléotides guanyliques pour les GTPases de la famille Rho, ont été identifiées dans deux familles consanguines souffrant de CMT4H, une forme autosomique récessive démyélinisante de CMT. Nous avons montré que Frabine colocalise avec le cytosquelette d’actine dans les neurones moteurs et dans une lignée de cellules de Schwann. In vitro, l’expression des formes pathologiques de Frabine abolit la formation de filopodes révélant une perte d’activation de Cdc42. In vivo, les mutations de frabine pourraient affecter la prolifération, la différenciation ou le triage radial des cellules de Schwann. 3. Des mutations dans le gène superoxyde dismutase 1 (Sod1) représentent la cause la plus fréquente de SLA familiales. Les neurones moteurs de souris modèles hSod1 mutée présentent une hypersensibilité à une voie de mort induite par les agonistes de Fas ou l’oxyde nitrique (NO) qui peuvent être produits par la glie. Nous avons montré que cette hypersensibilité était liée à l’existence d’une boucle d’amplification NO-FasL-Fas-NO. Nos données suggèrent que l’accumulation progressive de NO ou d’autres effecteurs toxiques contribue à la cinétique lente et à la propagation de proche en proche du processus neurodégénératif. L’ensemble de ces résultats souligne l’importance de mécanismes non-cellule autonomes dans les pathologies dégénératives du système moteur.
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Titre traduit
Cellular and molecular mechanisms involved in three motor system diseases
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Résumé
Motor neuron diseases are severe and ultimately fatal paralytic neurodegenerative disorders. Amyotrophic lateral sclerosis (ALS), the most frequent motor neuron disease in adults, is characterized by degeneration of both upper and lower motor neurons. In contrast, primary lateral sclerosis (PLS) classically involves only upper motor neurons and hereditary spastic paralysis (HSP) involves upper motor neurons and other types of neurons. Charcot-Marie-Tooth diseases (CMT) feature demyelination and/or axonal degeneration in peripheral nerves. My thesis focuses on the function of three genes mutated in these pathologies: 1. Autosomal recessive mutations in alsin have been linked to juvenile forms of ALS, HSP and also PLS. Alsine represents a guanine nucleotide exchange factor for the GTPases Rac1 and Rab5. Using RNA interference, we showed that Alsin depletion perturbs endocytosis in spinal motor neurons and leads via defective Rac1 activation to retarded axon growth and cell death. We further demonstrated that co-cultured astrocytes secrete a soluble factor capable to completely rescue alsin-depleted motor neurons. This protective effect provides a potential explanation for the relative preservation of lower (spinal) motor neurons in patients with alsin mutations and alsin knock out mice. 2. Autosomal recessive mutations in the frabin gene were identified in two large consanguineous Mediterranean families suffering from CMT4H, a demyelinating form of CMT. Similarly to Alsin, Frabin represents a GEF for GTPases of the Rho family. We demonstrated that Frabin co-localises with actin in spinal motor neurons and a Schwann cell line. The in vitro expression of mutated forms of frabin causes a dramatic reduction in the number of microspikes reflecting defective Cdc42 activation. In vivo, frabin mutations might cause disease by affecting Schwann proliferation, differentiation or radial sorting 3. Dominant mutations in superoxide dismutase 1 (Sod1) are the most frequent cause of familial ALS. Previous work has shown that mutant hSod1 motor neurons were hypersensitive to Fas agonists and nitric oxide (NO) which are potentially derived from glia. We showed that the hypersensitivity involves a feed forward amplification loop involving NO-FasL-Fas-NO. The progressive accumulation of NO or other toxic intermediates in the loop might explain the slow kinetics and particular spread of the degenerative process in ALS. Together these results highlight the important role of non cell autonomous mechanisms in motor neuron diseases and related disorders.
