Etude des déficits catécholaminergiques centraux chez la souris Mecp2-déficiente, modèle murin du syndrome de Rett

• Auteur / Autrice : Nicolas Panayotis
• Direction : Jean-Christophe Roux
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la vie et de la sante
• Date : Soutenance le 22/12/2011
• Etablissement(s) : Aix-Marseille 2
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole Doctorale Sciences de la Vie et de la Santé (Marseille)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de génétique médicale et génomique fonctionnelle (Marseille)
• Jury : Président / Présidente : André Nieoullon
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-Christophe Roux, André Nieoullon, Yves-Alain Barde, Thierry Bienvenu, Bruno Giros, Constance Hammond
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Yves-Alain Barde, Thierry Bienvenu

Mots clés

Mots clés contrôlés

Locus céruléus

physiopathologie

Substantia nigra

Facteur neurotrophique dérivé du cerveau

déficit

Protéine-2 de liaison au CpG méthylé

Catécholamines

Syndrome de Rett

Mots clés libres

Rett syndrome

A9

Striatum

Mecp2

Tyrosine hydroxylase

Dopamine

Bdnf

Transport axonal

Comportement

Rett syndrome

A9

Striatum

Mecp2

Tyrosine hydroxylase

Dopamine

Bdnf

Axonal transport

Behaviour

Résumé

La méthylation de l’ADN est une modification majeure du génome des eucaryotes permettant de moduler l’expression génique et contrôler le développement des mammifères. La protéine Mecp2 (Methyl CpG binding protein 2), dont le gène est situé sur le chromosome X, appartient à la famille des protéines de liaison à l’ADN méthylé. Sur la base de sa structure et de ses interactions Mecp2 a été décrit comme un répresseur de l’expression des gènes. A l’heure actuelle, son implication en tant qu’activateur de la transcription et organisateur de la structure chromatinienne lui confère un rôle plus global dans la régulation de l’épigénome. Des mutations de MECP2 conduisent à des troubles neurologiques dont le principal est le syndrome de Rett (RTT). Cette pathologie dominante liée à l’X affecte principalement les jeunes filles (incidence: 1/15000 naissances). Même si les causes précises du phénotype RTT ne sont pas connues, le profil d’expression de Mecp2 est en lien avec la synaptogenèse, la maturation et la maintenance des réseaux neuronaux. A mon arrivée en thèse l’équipe qui m’a accueilli venait d’identifier des déficits neuronaux, affectant notamment les groupes catécholaminergiques bulbaires et périphériques, à l’origine de troubles respiratoires chez un modèle murin de cette pathologie. Mon travail de thèse a permis de caractériser l’évolution postnatale des déficits moteurs et physiologiques affectant la souris Mecp2-déficiente. L’étude de structures catécholaminergiques d’intérêt telles que la Substantia Nigra et le Locus Coeruleus a révélé que les neurones dopaminergiques et noradrénergiques centraux ont un métabolisme affecté. Le nombre de neurones immunomarqués apparait significativement réduit dans ces groupes ce qui résulterait d’une perte progressive du phénotype « catécholaminergique », en l’absence de mort cellulaire. Nos données suggèrent que ces atteintes constituent un corrélat neuropathologique aux troubles comportementaux observés chez les souris Mecp2-déficientes. Ainsi certains troubles moteurs ont pu être améliorés, à l’aide d’un agent pharmacologique pro-dopaminergique, la L-Dopa. En relation avec les déficits en Bdnf (Brain-derived neurotrophic factor) décrits chez les patientes et les souris Mecp2-déficientes, nous avons identifié qu’une modification du dosage de Mecp2 induit une dérégulation de gènes (Htt, Hap1) codant des protéines impliquées dans le transport intracellulaire des vésicules de Bdnf. Nos travaux nous permettent de postuler que chez la souris Mecp2-déficiente, une altération de la dynamique de transport des vésicules chargées en Bdnf pourrait exacerber le déficit d’expression de cette neurotrophine. Notre traitement des souris Mecp2-déficientes par la cystéamine, une molécule capable d’agir sur les contenus, la libération et la sécrétion du Bdnf permet d’augmenter la survie des animaux et de réduire leurs troubles moteurs. Nos résultats montrent que les déficiences en Mecp2 entrainent des déficits de transport axonal du Bdnf qui s’ajoutent aux déficits de production du Bdnf. Par ailleurs, avec l’utilisation d’agents pharmacologiques agissant sur ce transport, nous offrons de nouvelles perspectives thérapeutiques.

DNA methylation is the major modification of eukaryotic genomes and plays an essential role in mammalian development. The protein Mecp2 (Methyl CpG binding protein 2), encoded by a gene located on the X chromosome, belongs to the ‘Methyl Binding domain’ protein family. Based on its structure and its interactions Mecp2 has historically been described as a repressor of expression for many genes. Currently, its involvement as an activator of transcription and its role in chromatin architecture suggests that it could be a global regulator of the epigenome. Mutations in MECP2 lead to neurological disorders, among which Rett syndrome (RTT). This dominant X-linked pathology mainly affects girls (incidence: 1/15000 live births). Although the precise causes of the RTT phenotype are unknown, the pattern of Mecp2 expression is related to synaptogenesis, maturation and neuromaintenance. Before my integration in the ‘Human Neurogenetics’ team, this group identified neural deficits, affecting brainstem and peripheral catecholaminergic cell groups, causing respiratory disturbances in a mouse model of this disease. My thesis work enabled the characterization of the postnatal physiological and motor deficits affecting the Mecp2-deficient mice. The study of catecholaminergic structures of interest such as the substantia nigra pars compacta and the locus coeruleus has revealed that the central noradrenergic and dopaminergic neurons are affected in their metabolism. The number of immunolabelled neurons of these groups appears significantly reduced and would result in a gradual loss of the mature ‘catecholaminergic’ phenotype, in the absence of cell death. Our data suggest that these defects are a neuropathological correlate for behavioral disorders observed in Mecp2-deficient mice. Some motor deficits have been improved, with L-Dopa, a pro-dopaminergic drug. In relation with Bdnf (Brain-derived neurotrophic factor) reduction described in patients and Mecp2-deficient mice, we identified that a change in the dosage of Mecp2 deregulates genes (Htt, Hap1) encoding proteins involved in the intracellular transport of Bdnf. Our work allows to postulate that in the Mecp2-deficient neurons, an altered dynamics of Bdnf vesicles transport could exacerbate the deficit of expression of this neurotrophin. Our treatment of Mecp2-deficient mice with cysteamine, a molecule able to increase Bdnf contents and enhancing its release and secretion, increased the survival of the animals and reduced their motor defects. Our results show that the Mecp2-deficiencies lead to alteration in the axonal transport of Bdnf in addition to deficits in Bdnf production. In addition, by the use of pharmacological agents that affect this transport, we offer new therapeutic perspectives.