Intérêt thérapeutique de l'étazolate après lésions démyélinisantes dans le système nerveux central : mécanisme d'action impliquant ADAM10

Carreté, Alex

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Intérêt thérapeutique de l'étazolate après lésions démyélinisantes dans le système nerveux central : mécanisme d'action impliquant ADAM10

par Alex Carreté

Thèse de doctorat en Neurosciences

Sous la direction de Mehrnaz Jafarian-Tehrani.

Soutenue le 25-01-2019

à Sorbonne Paris Cité , dans le cadre de École doctorale Médicament, toxicologie, chimie, imageries (Paris ; 2014-....) , en partenariat avec Université Paris Descartes (1970-2019) (établissement de préparation) et de Toxicité environnementale- cibles thérapeutiques- signalisation cellulaire / T3S - UMR-S 1124 (laboratoire) .

Le président du jury était María Cecilia Angulo Jaramillo.

Le jury était composé de María Cecilia Angulo Jaramillo, Eric Rubinstein, Abdel Ghoumari, Kévin Baranger, Delphine Meffre.

Les rapporteurs étaient Eric Rubinstein, Abdel Ghoumari.

mots clés

Résumé

Dans le système nerveux central (SNC), la démyélinisation est un processus causé par la destruction des gaines de myéline et la mort oligodendrocytaire souvent accompagnées d'une dégénération axonale. Le processus de démyélinisation peut survenir entre autres après lésion mécanique d'origine traumatique ou dans des pathologies telles que la sclérose en plaques (SEP). À ce jour, il n'existe pas de traitement curatif efficace contre le processus de démyélinisation et la SEP. Dans ce contexte, l'objectif de ma thèse fut, dans un premier temps, d'étudier dans différents modèles de démyélinisation ex vivo et in vivo, l'intérêt thérapeutique de l'étazolate, un activateur d'alpha-sécrétases décrit précédemment par l'équipe comme neuroprotecteur. Les résultats obtenus dans un modèle in vivo de démyélinisation aiguë induite par la cuprizone ont mis en évidence des effets protecteurs des gaines de myéline et remyélinisants de l'étazolate, améliorant les capacités locomotrices. Les effets bénéfiques de l'étazolate ont également été observés ex vivo sur tranches organotypiques de cervelet démyélinisées par la lysolécithine. De manière intéressante, nous avons pu montrer que l'étazolate pouvait stimuler la différenciation des oligodendrocytes ex vivo, mais également favoriser leur maturation morphologique in vitro en culture enrichie en oligodendrocytes. Enfin, les effets bénéfiques in vitro et ex vivo de l'étazolate sont inhibés lors de l'utilisation d'un inhibiteur pharmacologique d'alpha-sécrétases, plus spécifique d'ADAM10, le GI254023X. Ces observations suggèrent l'implication d'ADAM10 dans les effets remyélinisants de l'étazolate. Dans un second temps, j'ai poursuivi l'étude du mécanisme d'action de l'étazolate. Je me suis intéressé aux interactions entre l'étazolate et ADAM10 par docking ainsi qu'aux effets de l'étazolate sur l'expression et la maturation d'ADAM10, mais également sur certaines protéines et voies de signalisation pouvant être impliquées dans les effets observés de l'étazolate. Nous avons ainsi montré que l'étazolate permet d'augmenter la libération de sAPPalpha dans différents contextes in vitro et ex vivo. Le fragment soluble sAPPalpha, issu du clivage de l'APP par ADAM10, possède des propriétés neuroprotectrices et neurotrophiques puissantes, et nous avons montré son effet protecteur sur les gaines de myéline après démyélinisation ex vivo. D'autre part, des analyses protéomiques ont révélé un effet de l'étazolate sur la voie des S1P, impliquée dans les processus de différenciation et de maturation des oligodendrocytes. De plus, l'étazolate semble moduler certaines voies liées au métabolisme lipidique comme la beta-oxydation et la cétogenèse. Ces résultats suggèrent l'implication de différentes voies de signalisation dans le mécanisme d'action protecteur et remyélinisant de l'étazolate. Dans une troisième partie, j'ai mis en évidence pour la première fois l'expression d'ADAM10 in vitro et in vivo par immunofluorescence. Nous avons observé un profil d'expression différent entre neurones, oligodendrocytes et astrocytes in vitro ainsi qu'une forte expression d'ADAM10 dans l'hippocampe et le cervelet et dans une moindre mesure au niveau du cortex cérébral. L'ensemble de ces travaux permet d'une part d'étendre les propriétés thérapeutiques de l'étazolate en révélant ses effets sur la différenciation des oligodendrocytes, la protection des gaines de myéline et la remyélinisation. D'autre part, ces travaux ont permis de suggérer de nouveaux acteurs moléculaires, dont les alpha-sécrétases comme ADAM10, pouvant être impliquées dans les processus de remyélinisation. L'étude approfondie de ces nouveaux acteurs impliqués dans le processus de remyélinisation pourrait permettre à terme le développement de nouveaux composés thérapeutiques efficaces contre les lésions démyélinisantes du SNC.

Titre traduit

Therapeutic potential of etazolate in demyelinating lesions of the central nervous system : action mechanism involving ADAM10
Résumé

In the central nervous system (CNS), demyelination is a process caused by destruction of myelin sheaths and oligodendrocyte death, accompanied by axonal degeneration. The demyelination process can occur after traumatic brain injury (TBI) or in pathologies such as multiple sclerosis (MS). To date, there is no effective treatment against the process of demyelination and MS. In this context, the aim of my thesis was, first of all, to study in different models of ex vivo and in vivo demyelination, the therapeutic properties of etazolate, an alpha-secretase activator previously described by the team as neuroprotective after TBI. The results obtained in an in vivo model of acute cuprizone-induced demyelination showed protective effects of myelin sheaths and remyelination with etazolate, improving locomotor skills. The beneficial effects of etazolate have also been observed ex vivo in organotypic cerebellar slice cultures demyelinated by lysolecithin. Interestingly, we have been able to show that etazolate can stimulate the differentiation of oligodendrocytes, but also promote their morphological maturation in vitro in an oligodendrocyte-enriched cell culture. Finally, the study of the action mechanism of etazolate shows that the beneficial effects in vitro and ex vivo are inhibited with the use of a pharmacological inhibitor of alpha-secretases, more specific of ADAM10, the GI254023X. These latter observations thus suggest the involvement of ADAM10 in the remyelinating effects of etazolate. Given this link and in a second time, I studied further the action mechanism of etazolate. I identified the interactions between etazolate and ADAM10 by "docking" but also the effects of etazolate on the expression and maturation of ADAM10, and on different proteins and signaling pathways that may be involved in the beneficial effects of etazolate. We have thus been able to show that etazolate can increase the release of sAPPalpha in different contexts, in vitro and ex vivo. The soluble fragment sAPPalpha, resulting from the cleavage of APP by ADAM10, has powerful neuroprotective and neurotrophic properties, and we showed its protective effect on myelin sheaths after demyelination ex vivo. On the other hand, proteomic analyses allowed us to reveal an effect of etazolate on the S1P pathway, involved in oligodendrocyte differentiation and maturation processes. In addition, etazolate appears to modulate pathways related to the lipid metabolism such as beta-oxidation and ketogenesis. These results suggest the involvement of different signaling pathways in the protective and remyelinating mechanisms of etazolate. In a third part, I highlighted for the first time the regional and cellular expression of the ADAM10 protein in the brain and cerebellum. We have been able to characterize by immunofluorescence the expression of ADAM10 in vitro and in vivo. The expression of ADAM10 was strong with different expression pattern among neurons, oligodendrocytes and astrocytes in vitro. In addition, a high expression of ADAM10 was detected in the hippocampus and cerebellum, with a lesser extent in the cerebral cortex in vivo. Overall, this work allows us i) to extend the therapeutic properties of etazolate by revealing its effects on the differentiation of oligodendrocytes, the protection of myelin sheaths and remyelination, and ii) to highlight new molecular actors, including alpha-secretases such as ADAM10, which may be involved in remyelination processes. The in-depth study of these new actors involved in the remyelination process would ultimately allow the development of new therapeutic compounds that are effective against demyelinating CNS lesions.