Dysfonctions des lysosomes et neurodégénérescence : l'exemple de la paraplégie spastique de type SPG11

Lysosomal dysfunctions and neurodegenerescence : the example of spastic paraplegia type SPG11

• Auteur / Autrice : Maxime Boutry
• Direction : Frédéric Darios
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Neurosciences
• Date : Soutenance le 13/12/2017
• Etablissement(s) : Paris 6
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Cerveau, cognition, comportement (Paris)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut du cerveau (Paris ; 2009-....)
• Jury : Président / Présidente : Alain Trembleau
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Graça Raposo, Andrea Burgo
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Laurent Combettes, Fabien Alpy

Mots clés

Mots clés contrôlés

Dégénérescence (pathologie)

Gangliosides

Lysosomes

Mots clés libres

Lysosome

Reformation des lysosomes

Gangliosides

Cholestérol

Maladies neurodégénératives

Store-Operated Calcium entry (SOCE)

Lysosome

Neurodegeneration

Store-Operated Calcium entry (SOCE)

Résumé

Les lysosomes sont importants pour la survie et la fonction des cellules du système nerveux central et en particulier des neurones. Le mécanisme de la reformation des lysosomes est crucial pour maintenir une quantité adéquate de lysosomes fonctionnels dans les cellules. La spatacsine, qui joue un rôle dans le ce mécanisme est impliquée dans la paraplégie spastique de type SPG11 ; une maladie caractérisée par des troubles moteurs et cognitifs sévères. L’utilisation de modèles cellulaires de cette pathologie permet d’étudier les mécanismes physiopathologiques à l’origine d’altérations de la reformation des lysosomes. J’ai montré que la perte de fonction de la spatacsine est responsable de l’accumulation de lipides dans les lysosomes. Ces accumulations sont constituées de gangliosides et de cholestérol et sont présentes dans les autolysosomes perturbant leur recyclage en lysosomes, notamment en empêchant le recrutement de protéines impliquées dans le mécanisme. Les accumulations de gangliosides rendent les neurones à l’exposition au glutamate ce qui suggère que ces altérations pourraient avoir un rôle dans la neurodégénérescence. J’ai aussi montré que l’absence de spatacsine provoque une dérégulation de l’import de Ca2+ extracellulaire par le « store-operated calcium entry » ce qui conduit à altération de l’homéostasie calcique. L’inhibition de l’import de calcium par le SOCE permet de réduire les accumulations de lipides et de rétablir partiellement le recyclage des lysosomes. Ainsi, l’absence de spatacsine induit une altération de l’homéostasie calcique qui participe à l’accumulation de lipides dans le système lysosomal ce qui est délétère pour la survie des neurones.

Lysosomal dysfunctions are involved in a large number of neurodegenerative diseases highlightingthe crucial function of lysosomes in neuron survival and function. The mechanism of lysosomereformation from autolysosomes allow cells to maintain the ool of functional lysosomes.Disruptions of this rocess are involved in athologies affecting the central nervous system. Inparticular, spatacsin that lays a role in lysosome recycling is implicated in hereditary spasticparaplegia type SPG11, a severe disease characterized by motors and cognitive alterations. Thispathology is caused by loss of function mutations in SPG11, encoding spatacsin. The study ofSPG11 cellular models gives the opportunity to decipher the hysiopathological mechanismsunderlying lysosomal reformation disruptions.During my thesis, I showed that loss of spatacsin function induces lipid accumulation in lysosomesand articularly in autolysosomes both in fibroblasts and neurons from Spg11-/- mice. Gangliosidesand cholesterol are among lipids that accumulate in autolysosomes impairing lysosomal membranerecycling by disrupting the recruitment of keys roteins. Neurons with ganglioside accumulationsare more sensitive to glutamate induced neuronal death, suggesting that these accumulations areinvolved in neurodegeneration. These results could be of great importance since accumulations ofgangliosides in lysosomes arise in many diseases.I also showed that loss of spatacsin disrupts extracellular calcium import by the store-operatedcalcium entry (SOCE) leading to an increase in cytosolic calcium levels. Lysosomal calcium contentis also increased in Spg11-/- cells and calcium release from lysosome by TRPML1 is reduced.Inhibiting SOCE and stimulating lysosomal calcium release by TRPML1 reduced lipidsaccumulations in lysosomes and artially restored lysosome reformation.Our data suggest that absence of spatacsin is responsible for a disruption of calcium homeostasisthat contributes to lipid accumulation in autolysosomes, disturbing reformation of lysosomes fromautolysosomes. Inhibiting gangliosides synthesis could be used as a therapeutic strategy. However,understanding how loss of function of spatacsin alters these cellular athways will allow thedevelopment of targeted therapeutic approaches.