Roles of sphingosine kinase in aging and longevity in Caenorhabditis elegans and in neurodegeneration in mice

par Yiqun Chen

Thèse de doctorat en Sciences de la Vie

Sous la direction de Hugo Aguilaniu et de Bing Mei.

Le président du jury était Brian B. Rudkin.

Le jury était composé de Hugo Aguilaniu, Bing Mei, Brian B. Rudkin, Bertrand Friguet, Yuan Wang.

Les rapporteurs étaient Bertrand Friguet, Yuan Wang.

  • Titre traduit

    Rôles de la Sphingosine kinase dans le vieillissement et la longévité chez Caenorhabditis elegans et dans la dégénérescence neuronale chez les souris


  • Résumé

    Le vieillissement et les maladies associées constituent une préoccupation croissante des sociétés modernes. En effet, l'espérance de vie augmente rapidement et ceci n'est pas accompagné par une fécondité accrue. Par conséquent, la proportion de personnes âgées augmente et la science doit fournir des solutions pour traiter les maladies liées à l'âge. Dans ce travail, nous avons étudié une partie du réseau génétique qui a un impact sur la durée de vie par le biais du régime alimentaire. Nous nous sommes concentrés en particulier sur le rôle d'un gène conservé qui code pour la sphingosine kinase (SPHK), et nous décrivons ici pour la première fois son rôle dans la longévité induite par la restriction alimentaire. Cette thèse se compose de deux parties. Dans la première partie, C. elegans a été utilisé pour comprendre le rôle que la sphingosine kinase (sphk-1) joue dans le vieillissement. Nous rapportons que les vers porteur d'une mutation dans le gène sphk-1 vivent plus longtemps que des vers sauvages et ne répondent pas à une restriction alimentaire (RA) et ressemblent à des animaux sauvages soumis à RA. De plus, nos données suggèrent que la longévité causée par une mutation du gène sphk-1 nécessite la présence du facteur de transcription SKN-1b, connue pour son rôle dans la RA. De plus, sphk-1 et skn-1b sont tout deux exprimés dans les neurones de la tête. Nos travaux suggèrent également que la voie TOR/autophagie est impliquée dans la longévité de sphk-1 mutants. Nous avons également montré que d'autres gènes dans la voie de synthèse des céramides ont un effet similaire sur la longévité suggérant que cette voie toute entière est capable d’affecter la longévité.La deuxième partie de ce travail a été réalisée sur un modèle de souris de la maladie d’Alzheimer (MA) pour tester le rôle des gènes SPHK dans la MA et la dégénérescence neuronale. Nous avons constaté que le niveau d'expression de SPHK était significativement augmenté dans nos modèles de souris par rapport à leurs contrôles de la même portée dès l’âge de 6 mois. Un inhibiteur de la SPHK (SKI-II) a été administré à ces souris et ce traitement a permis une amélioration des performances des souris dans des tests de marche sur balancier et une augmentation du poids de cerveau, mais pas d'amélioration de la mémoire dépendante de l'hippocampe. Un autre traitement de SKI-II sur des souris de type sauvage n'a pas montré d’amélioration significative, mais la restriction calorique (RC) a réduit les niveaux de SPHK chez les souris sauvage, ce qui suggère que la sphingosine kinase a des fonctions conservées dans les voie de signalisation liés au sensing des nutriments.


  • Résumé

    Advances in medical technology and hygiene standards have increased human life expectancy at unprecedented rates worldwide. Nevertheless, one of the consequences of a growing elderly population is an increased prevalence of age-related disease. A scientific understanding of the underlying biological mechanisms of aging is essential to develop effective treatments for age-related diseases and to provide adequate health care to the elderly. In this study, we investigated part of the genetic network that mediates lifespan extension resulting from dietary restriction. We focused on the contribution of a conserved gene encoding the enzyme sphingosine kinase, and describe for the first time its role in diet-mediated longevity.This thesis is composed of two parts. In the first part, we used the nematode Caenorhabditis elegans as a model organism to investigate the role of the sphingosine kinase gene (sphk-1) in aging. We found that worms carrying a sphk-1 null mutation (sphk-1(ok1097)) are long-lived and do not benefit from further lifespan extension upon dietary restriction (DR), a regimen that extends the lives of wild-type worms. sphk-1(ok1097) animals exhibit many phenotypes displayed by animals subjected to DR, suggesting that sphk-1(ok1097) acts through the DR longevity pathway. In support of this, sphk-1(ok1097)-mediated lifespan extension requires the essential DR regulator, SKN-1b, and, similar to SKN-1b, sphk-1 is expressed in head neurons. A search for possible sphk-1(ok1097)-associated longevity determinants suggested the involvement of the TOR/autophagy pathway. Moreover, we found that mutations in ceramide pathway genes other than sphk-1 have similar effects on longevity. Finally, we discovered that sphk-1 mutants fail to reduce germ cell numbers in response to DR. Because such a reduction appears to be an essential feature of DR-mediated lifespan extension, we propose that this failure to reduce germ cell numbers may explain why sphk-1(ok1097) mutant longevity is not extended when nutrient levels are low.The second part of this study investigated the role of sphingosine kinase in brain function during normal and pathologic aging. We examined the expression of sphingosine kinase genes in wild-type mice and in a mouse model of Alzheimer’s disease (AD)-like neurodegeneration. Expression of both mouse SphK genes was increased in the brains of AD-like mice as early as 6 months of age. Chronic administration of an SphK inhibitor elevated the brain weight of AD-like mice and improved their performance in the beam walking test, but not in hippocampus-dependent memory tasks. Treatment of wild-type mice with SKI-II had little effect, but calorie restriction reduced the expression of SphK mRNA in the brain, suggesting that sphingosine kinase may play some conserved roles in nutrient sensing pathways.


  • Résumé

    在工业化水平越来越高的当今社会,人口的老龄化正逐渐成为一个严重的社会问题。医疗手段的发展、生活水平的提高使得人们的寿命在不断增加,而与此同时生育率并没有同步增加,这就导致老年人口在整个社会人口中的比重快速增长,因此,衰老以及一些相关的疾病就得到了人们越来越多的关注,也正在成为一个越来越热门的科研领域。从科研工作者的角度,我们希望能够通过实验手段破解衰老及其相关疾病的机制从而寻找延缓衰老或治疗相关疾病的方法。在本论文中,我们研究了一个通过限制饮食来调控寿命的基因网络的一部分。我们的主要研究对象是编码鞘氨醇激酶的基因(SphK),我们第一次发现了它在饮食介导的寿命调控中的作用。本论文由两个章节组成。在第一章中,我们使用秀丽隐杆线虫作为模式动物来研究鞘氨醇激酶基因(sphk-1)在其衰老调控过程中的作用。在研究中,我们发现,携带一种sphk-1 删除突变(sphk-1(ok1097))的突变体线虫的平均寿命显著延长,而饮食限制(DR)并不能进一步延长它的寿命。另外,这种突变体还表现出一系列与受饮食限制调控的动物相类似的表型,尽管并不是全部。这些结果都表明sphk-1 基因通过饮食介导的途径参与线虫的寿命调控。我们随后的研究显示,由sphk-1 突变引起的寿命延长依赖于DR 的一个调控因子:SKN-1b;并且,与skn-1b 类似,sphk-1 表达的位置也在线虫头部的神经元。对于其它DR 相关因子的研究还发现线虫sphk-1(ok1097)突变引起的寿命延长可能与TOR 及自噬通路的作用有关。此外,我们还发现,不仅是sphk-1,神经酰胺通路中的其它基因对于寿命调控也有类似的效果。最后,我们的研究结果显示,DR 未能减少sphk-1(ok1097)突变体线虫的生殖细胞数量,这一发现或许能够解释为什么DR不能够进一步延长sphk-1(ok1097)突变体线虫的寿命。在第二章中,我们使用了一种模拟阿尔茨海默症(AD)的小鼠模型来测试哺乳类SphK 基因在神经退行性病变中的作用。我们发现,在模型小鼠脑组织中,两种哺乳类SphK 基因的表达水平与它们的同窝对照相比显著增加,而这一显著差异早在6 月龄的小鼠脑中就能发现。在后续的实验中,我们给这些小鼠喂食了一种SphK 的抑制剂——SKI-II。这种抑制剂显著改善了模型小鼠在平衡木实验中的表现,并且显著增加了它们的脑重量,但对于海马依赖性的记忆并没有改善。在另一个实验中,给野生型小鼠注射SKI-II 并没有表现出明显的差异,但热量限制(CR)降低了野生小鼠脑中两种SphK基因的表达量,这一与线虫中类似的结果提示,鞘氨醇激酶在营养通路中可能有一些进化保守的功能。

Consulter en bibliothèque

La version de soutenance existe

Où se trouve cette thèse\u00a0?

  • Bibliothèque : Bibliothèque Diderot . Bibliothèque électronique (Lyon).
Voir dans le Sudoc, catalogue collectif des bibliothèques de l'enseignement supérieur et de la recherche.