Caractérisation des neurones exprimant la tyrosine hydroxylase chez les souris sauvages et invalidées pour la SELENOT : imagerie tridimensionnelle et analyse comportementale

Characterization of neurons expressing tyrοsine hydrοxylase in wild-type and SELΕΝΟΤ invalidated mice : three-dimensional imaging and behavioral analysis

• Auteur / Autrice : David Godefroy
• Direction : Youssef Anouar
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Aspects moleculaires et cellulaires de la biologie
• Date : Soutenance le 25/11/2022
• Etablissement(s) : Normandie
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Normande de biologie intégrative, santé, environnement (Mont-Saint-Aignan, Seine-Maritime)
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation : Université de Rouen Normandie (1966-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Neuroendocrine EndOcrine and GeRminal DIfferentiation and Communication (Mont-Saint-Aignan, Seine-Maritime ; 2022-....) - Neuroendocrine EndOcrine and GeRminal DIfferentiation and Communication
• Jury : Président / Présidente : William Rostène
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Youssef Anouar, William Rostène, Marie Picot, Romina Dangelo
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Hervé Tostivint

Mots clés

Mots clés contrôlés

Analyse comportementale

Imagerie tridimensionnelle en médecine

Sélénium dans l'organisme

Catécholamines

Mots clés libres

SELENOT

Système catécholaminergique

Imagerie tridimensionnelle

Analyse comportementale

SELENOT

Catecholaminergic system

Three-dimensional imaging

Behavioral analysis

Résumé

Les sélénoprotéines sont des protéines contenant dans leur chaine d’acides aminés aumoins un atome de sélénium. Ces protéines ont de multiples fonctions biologiques, elles entrentdans la voie métabolique des hormones thyroïdiennes, ce sont des enzymes antioxydantes, desenzymes essentielles pour le repliement protéique, elles participent au transport du séléniumdans l’organisme, elles sont impliquées dans la synthèse de protéines et elles ont un rôle dansla signalisation redox, mais pour une partie d’entre elles les fonctions ne sont que partiellementélucidées. Des travaux antérieurs menés dans notre équipe ont décrit quelques fonctions d’unesélénoprotéine en particulier, la SELENOT. Cette sélénoprotéine localisée dans le RE stabilisele complexe OST, complexe impliqué dans la N-glycosylation des protéines. De plus, desactivités antioxydantes et régulatrices de l’homéostasie redox suggèrent un rôle protecteur decette sélénoprotéine. En utilisant un modèle de neurotoxicité, il a été montré que la SELENOTprotège les cellules dopaminergiques et semble avoir un rôle important dans le maintien et lasurvie des cellules de type catécholaminergique.Les catécholamines (CA) exprimées par les cellules catécholaminergiques, sont desneurotransmetteurs et hormones appartenant au groupe des monoamines dont font partie ladopamine, la noradrénaline et l’adrénaline qui ont de multiples fonctions biologiques, avec unelocalisation et une distribution dans le SNC variant suivant les espèces. Une nomenclatureneuroanatomique particulière pour cette catégorie de neurones a été créée afin de décrire lesdifférents rôles biologiques des groupes de cellules CA. En plus du lien entre la régionneuroanatomique et le rôle biologique, chaque CA est impliquée dans différentes fonctions. Eneffet, l’adrénaline régule la glycémie, la fréquence cardiaque et la tension artérielle, lanoradrénaline a des rôles dans les fonctions d’apprentissage, du sommeil, des émotions et del’attention, et enfin la dopamine surnommée l’hormone du plaisir est décrite pour ses fonctionsmotrices, dans les mécanismes de l’attention et de la récompense. Le systèmecatécholaminergique est donc un système très complexe, qui se compose de neurones dont l’étatbasal du stress oxydant semble être plus important que dans d’autres types de neurones. Cet étatde stress serait lié au métabolisme des CA et à leur voie de dégradation rendant les neuronescatécholaminergiques plus sensibles. Cette sensibilité expliquerait le rôle fondamental de laSELENOT pour la survie de cette famille de neurones.Un modèle de souris KO SELENOT conditionnel a été créé dans notre laboratoire. Cemodèle dont la SELENOT est invalidée dans les cellules nerveuses présente à l’âge adulte desphénotypes comportementaux altérés suggérant une possible perturbation du systèmecatécholaminergique. En effet, ces souris KO SELENOT présentent une hyperactivité, ont destroubles de la reproduction et de prise de poids, et présentent des comportements d’anxiété. Auvue de ces observations phénotypiques, nous avons entrepris la caractérisation du systèmecatécholaminergique dans le SNC de ces souris KO SELENOT.Afin de caractériser le système catécholaminergique des souris KO SELENOTconditionnelles, nous avons : 1) utilisé une approche d’imagerie novatrice, l’imagerietridimensionnelle permettant d’avoir une vision globalisée de l’organe et du type cellulaireétudiés, et 2) réalisé une analyse du comportement. Une charte méthodologique a permis dansun premier temps de créer un atlas tridimensionnel du système catécholaminergique, et cetteapproche a ensuite été utilisée pour caractériser certains groupes de neurones CA chez la sourisKO SELENOT conditionnelle. Les résultats montrent des altérations de la distribution desneurones catécholaminergiques pouvant être corrélées avec des déficits comportementaux.

Selenoproteins are proteins containing at least one selenium atom in their amino acidchain. These proteins found in almost all living species have multiple biological functions.Indeed, they enter the metabolic pathway of thyroid hormones, they are antioxidant enzymes,enzymes essential for protein folding, they participate in the transport of selenium in the body,they are involved in the synthesis of proteins, they have a role in redox signaling, but for someof them the functions are still only partially understood. Previous work carried out in our teamdescribed some of the functions of a particular selenoprotein, SELENOT. This selenoproteinlocated in the ER allows the stabilization of the OST complex which catalyzes N-glycosylation.In addition, the antioxidant and regulatory functions of redox homeostasis suggest a protectiverole for this selenoprotein. Results corroborating this hypothesis made it possible to verify thisneuroprotective role of SELENOT. In a model of neurotoxicity, it was shown that SELENOTprotects dopaminergic cells. This SELENOT seems to have an important role in themaintenance and survival of cells of catecholaminergic phenotype.Catecholaminergic cells are neurons expressing catecholamines (CA). CA are part ofthe neurotransmitters and hormones belonging to the group of monoamines, includingdopamine, noradrenaline and adrenaline which have multiple biological functions, withlocalization and distribution in the CNS varying according to the species. A particularneuroanatomical nomenclature for this category of neurons has been developed in order todescribe the different biological roles of different groups of cells. In addition to the link betweenneuroanatomical region and biological role, each CA is involved in different biologicalfunctions. Indeed, adrenaline regulates blood sugar, heart rate and blood pressure, noradrenalineplays a role in the functions learning, sleep, emotions and attention, and finally, dopaminenicknamed the pleasure hormone is described for its motor functions and its role in attentionand reward. The catecholaminergic system is a very complex system, which consists of neuronswhose basal state of oxidative stress seems to be greater than for other types of neurons. Thisstate of stress would be linked to CA metabolism and their degradation pathway, makingcatecholaminergic neurons more sensitive. This sensitivity would explain the fundamental roleof SELENOT for the survival of this family of neurons.In order to better understand the implications of this SELENOT in the CNS, a conditionalSELENOT KO mouse model was generated in our laboratory. This model, in which theSELENOT gene is disrupted only in nerve cells, exhibits altered behavioral phenotypes inadulthood, suggesting a possible disturbance of the CA system. Indeed, these KO SELENOTmice show hyperactivity, they have reproductive and weight gain deficits, and anxiety behavior.In view of these phenotypic observations, we undertook the characterization of the CA systemin the CNS of this KO SELENOT mice.In order to characterize the CA system of conditional SELENOT KO mice, we have: 1)used an innovative imaging approach, three-dimensional imaging allowing to have a globalizedview of the organ and the type of cell studied, and 2) carried out behavioral analysis. Amethodological flowchart initially designed made it possible to generate a three-dimensionalatlas of the CA system, and this methodological approach was then used to characterize certaingroups of CA neurons in conditional SELENOT knockout mice. The results showed alterationsin the distribution of catecholaminergic neurons in certain groups of the CA system which mightbe correlated with behavioral alterations.