Stratégie de repositionnement thérapeutique pour la SLA/DFT liée à la mutation p.Ser59Leu dans le gène CHCHD10

Repurposing therapeutic strategy for ALS/FTD linked to the p.Ser59Leu mutation in the gene CHCHD10

• Auteur / Autrice : Baptiste Ropert
• Direction : Véronique Paquis-Flucklinger
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la vie et de la santé
• Date : Soutenance le 13/12/2021
• Etablissement(s) : Université Côte d'Azur
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la vie et de la santé (Sophia Antipolis, Alpes-Maritimes)
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation : Université Côte d’Azur (2020-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de recherche sur le cancer et le vieillissement (Nice)
• Jury : Président / Présidente : Vincent Procaccio
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Vincent Procaccio, Timothy Wai, Déborah Tribouillard-Tanvier, Thomas Langer
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Vincent Procaccio, Timothy Wai

Mots clés

Mots clés contrôlés

Thérapeutique

Sclérose latérale amyotrophique

Mitochondries

Mots clés libres

Mitochondrie

CHCHD10

SLA

Stratégie thérapeutique

Mitochondria

CHCHD10

ALS

Therapeutic strategy

Résumé

Les maladies mitochondriales sont des maladies métaboliques caractérisées par une atteinte de la chaîne respiratoire, c’est-à-dire un déficit de production d’énergie sous la forme d’ATP. En 2014, l’équipe du Pr. Paquis-Flucklinger a analysé plusieurs patients d’une même famille atteints de myopathie mitochondriale couplée à une atteinte du motoneurone de type Sclérose Latérale Amyotrophique/Démence Fronto Temporale. L’équipe a découvert par séquençage d’exome la mutation p.Ser59Leu dans le gène CHCHD10. Ce gène code pour la protéine mitochondriale CHCHD10, dont la fonction était alors inconnue. Notre équipe a pu montrer que la mutation p.Ser59Leu provoque la désorganisation du complexe MICOS, un complexe multi protéique dont le rôle est de maintenir l’intégrité des crêtes mitochondriales, provoquant la myopathie mitochondriale et l’atteinte du motoneurone. Il s’agissait de la première évidence d’un lien de causalité entre une atteinte mitochondriale et la mort des motoneurones. La Sclérose Latérale Amyotrophique est une maladie neurodégénérative terrible qui provoque la mort des motoneurones des patients. Ceci provoque une paralysie progressive des muscles du corps, entrainant la mort du patient entre deux et trois ans après le début des symptômes, lorsque la paralysie atteint le système respiratoire. Aucun traitement curatif n’existe aujourd’hui. C’est ce qui nous a amené à commencer ce projet de thèse : essayer de trouver une molécule pouvant améliorer les symptômes dus à la mutation p.Ser59Leu et qui pourrait devenir un médicament contre cette maladie.Pour cela nous avons réalisé un crible de deux banques de molécules repositionnables, la banques Prestwick et la banque Selleckchem. Nous avons opté pour des molécules repositionnables dans le but d’écourter au maximum le temps de mise sur le marché d’une potentielle molécule efficace. Dans un premier temps, nous avons réalisé un crible haut débit sur un mutant de levure S.cerevisiae reproduisant la désorganisation du complexe MICOS. Ce premier crible nous a permis de tester plus de 1500 molécules et de trouver deux molécules efficaces sur ce modèle. Après les premiers tests toxicologiques effectués sur des cellules humaines, nous nous sommes concentrés sur l’une d’entre elle, le Nifuroxazide. Nous avons pu montrer que le Nifuroxazide permet d’améliorer les phénotypes délétères liés à la mutation p.Ser59Leu dans des fibroblastes de patients mais également dans des motoneurones issus d’IPSCs porteurs de la mutation p.Ser59Leu. Le Nifuroxazide permet notamment de retrouver des crêtes mitochondriales normales et d’augmenter la longueur du réseau mitochondrial. Nous avons ensuite essayé de comprendre le mécanisme d’action du Nifuroxazide. Nous avons pu montrer que l’action du Nifuroxazide ne dépend pas de STAT3 mais qu’il permet d’augmenter l’interaction entre Mic60, le composant majeur du complexe MICOS et OPA1, un autre acteur majeur du maintien des crêtes mitochondriales. Les investigations sont toujours en cours sur cet aspect. La prochaine étape est de réaliser un test préclinique chez la souris. Pour cela nous allons utiliser le modèle murin CHCHD10S59L/+ que nous avons caractérisé et qui reproduit les phénotypes observés chez les patients porteurs de la mutation p.Ser59Leu. Nous avons également travaillé à mieux comprendre la cascade moléculaire qui provoque la désorganisation des crêtes mitochondriales. Nous avons montré que les protéines CHCHD10 et SLP2 contribuent à la stabilité du complexe PHB1/PHB2. Nous avons également démontré, en conditions p.Ser59Leu, la formation de complexes SLP2/PHB et la déstabilisation du complexe PHB1/PHB2, ce qui active la protéase OMA1 qui clive alors OPA1 et entraine la désorganisation du complexe MICOS et la perte des crêtes mitochondriales.Cette thèse à permit de mieux comprendre les mécanismes liés à CHCHD10 et de placer les bases pour ce qui, nous espérons, deviendra dans le futur, un traitement contre la SLA/DFT.

Mitochondrial diseases are metabolic diseases characterized by a deficit of the respiratory chain, implicating a deficit in the production of energy under the form of ATP. In 2014, Pr. Paquis-Flucklinger’s team analysed several families suffering from mitochondrial myopathy coupled to a motor neuron disorder resembling Amyotrophic Lateral Sclerosis/FrontoTemporal Dementia. By exome sequencing, the team discovered the point mutation p.Ser59Leu in the gene CHCHD10. This gene codes for the mitochondrial protein CHCHD10, which function was unknown. Our team showed that the p.Ser59Leu mutation induces the disorganisation of the MICOS complex, a multiproteic complex which major role is to maintain mitochondrial cristae structure, leading to the mitochondrial myopathy and the motor neuron disease. It was the first evidence of a causal link between a mitochondrial disorder and a motor neuron loss. Amyotrophic Lateral Sclerosis is a terrible disease that provokes the death of motor neurons, inducing a progressive paralysis and patient death, two to three years after onset when the paralysis affects the respiratory system. Today, no curative treatment exists. This led us to start this PhD project: To try to find a molecule able to counter the symptoms due to the p.Ser59Leu mutation in CHCHD10 that could become a drug against the disease. For that, we screened two libraries of molecules containing repurposable drugs, the Prestwick library and the Selleckchem library. We chose this approach to reduce as much as possible the time between a potential discovery and the placing on the market of the new drug. First, we carried out a high throughput screening on an S.cerevisiae mutant that mimics the MICOS complex disassembly. This first screen allowed us to test more than 1500 molecules and to find two efficient molecules in this model. After the first toxicological tests performed on human cells, we decided to focus on one drug: the Nifuroxazide. We have been able to show that Nifuroxazide improves the deleterious phenotypes linked to the p.Ser59Leu mutation in patient fibroblasts but also in motor neurons derived from IPSCs carrying the p.Ser59Leu mutation. Notably, treatment with Nifuroxazide increases the number of normal mitochondrial cristae and elongates the mitochondrial network. We tried to understand the mechanism of action of the Nifuroxazide. We showed that the mechanism of action of the Nifuroxazide does not depend on STAT3 but it increases the interaction between two major actors of the maintaining of mitochondrial cristae structure: Mic60, the main component of the MICOS complex and OPA1. Investigation are still ongoing. The next step will be the pre-clinical analysis in mouse. For that, we will use the mutant murine model CHCHD10S59L/+ that we characterized and that recapitulates the phenotypes observed in patients carrying the p.Ser59Leu mutation. We also worked on the understanding of the molecular cascade that leads to the disorganisation of mitochondrial cristae. We showed that CHCHD10 interacts with SLP2 and that they stabilize the PHB1/PHB2 complex. We demonstrated that in mutant conditions, SLP2/PHB aggregates and the destabilisation of the PHB1/PHB2 complex trigger the activation the protease OMA1 that will cleave OPA1 and provoke the disorganisation of the MICOS complex and the loss of mitochondrial cristae.The work done during this PhD project allowed us to better understand the mechanisms linked to CHCHD10 and to set the bases of what we hope will become, in the future, a new treatment for ALS/FTD linked to the p.Ser59Leu mutation in CHCHD10.