Rôle de la protéine NEDL1 dans la physiopathologie de la Sclérose Latérale Amyotrophique.

Role of NEDL1 protein in the pathophysiology of Amyotrophic Lateral Sclerosis

• Auteur / Autrice : Shanez Haouari
• Direction : Christian Andres, Patrick Vourc'h
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Sciences de la Vie et de la Santé
• Date : Inscription en doctorat le 01/10/2019
• Etablissement(s) : Tours
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Santé, Sciences Biologiques et Chimie du Vivant (Centre-Val de Loire)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Imagerie et cerveau
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Equipe 2 - Neurogénomique et Physiopathologie neuronale

Mots clés

Mots clés libres

E3-HECT ubiquitine ligase

Nedl1

Sla

Ubiquitination

Mort cellulaire

Tdp-43

Als

E3 - HECT ubiquitin ligase

Nedl1

Ubiquitination

Cell death

Tdp-43

Résumé

La Sclérose Latérale Amyotrophique (SLA) est caractérisée par la mort progressive des motoneurones dans le cortex moteur et la moelle épinière conduisant à une paralysie et au décès. Une caractéristique de la SLA est la présence d'agrégats protéiques dans les neurones en dégénérescence. Certaines des protéines présentes dans ces agrégats ont été trouvées mutées dans des formes familiales de SLA (protéines SOD1, TDP43). Ces découvertes ont conduit à des avancées majeures dans la compréhension de la maladie et à de nouvelles pistes thérapeutiques. Nous venons d'effectuer une étude par séquençage haut débit ciblant des gènes codant d'autres protéines présentes dans ces agrégats. Nous avons identifié pour la première fois des mutations dans le gène HECW1 chez des patients SLA. HECW1 code NEDL1, une enzyme ligase E3-HECT principalement exprimée dans les neurones. Elle est connue pour interagir avec la protéine à domaine PDZ Dvl-1 impliquée dans la neuritogenèse et la synaptogenèse. Elle interagit également avec la protéine SOD1 mutée qu'elle ubiquitinyle en vue de sa dégradation par le protéasome. Enfin, sa surexpression chez la souris entraîne une dégénérescence des motoneurones et une atrophie musculaire. L'objectif de ce projet sera de préciser l'implication de la protéine NEDL1 et de ses formes mutées dans la physiopathologie de la SLA par des approches in vitro et in vivo. Nous étudierons tout d'abord le profil d'expression développementale de NEDL1 lors la formation du système nerveux central, et son rôle dans la différenciation des motoneurones, la formation des neurites et des épines dendritiques, et la transmission glutamatergique. Pour cela nous réaliserons des analyses sur coupes de cerveau ou de moelle épinière de souris à différents âges. Puis nous sur-exprimerons ou invaliderons le gène Hecw1 dans des cultures de motoneurones isolés d'embryons de souris. Nous étudierons ensuite les conséquences des formes mutées de NEDL1 que nous avons découvertes dans la SLA sur la différenciation, le fonctionnement et la survie motoneuronale. Nous analyserons leur impact sur l'activité de la voie de l'Ubiquitine (interaction moléculaire avec SOD1 mutée et Dvl-1). L'impact fonctionnel de ces mutations sera également étudié dans un modèle in vivo comme le ver C. elegans ou le poisson zèbre par des analyses du comportement moteur et des études histologiques d'animaux invalidés pour le gène NEDL1 ou exprimant les formes mutées du gène. Nous chercherons ensuite le rôle de NEDL1 dans les modèles in vivo de souris transgéniques qui sur-expriment les protéines SOD1 ou TDP43 mutées. Pour cela nous réaliserons des études cellulaires et moléculaires (transcriptomique et métabolomique). Enfin, nous étudierons la concentration de NEDL1 dans le sérum d'une cohorte de patients SLA. Ce travail précisera le rôle de la protéine NEDL1 et les conséquences de sa mutation sur la différenciation et la survie motoneuronale, et sur le fonctionnement de la synapse glutamatergique. Il permettra également de montrer si NEDL1 peut constituer un nouveau biomarqueur de la SLA et/ou nouvelle cible thérapeutique.

Amyotrophic Lateral Sclerosis (ALS) is characterized by a progressive loss of motor neurons in the motor cortex and spinal cord leading to paralysis and death. A characteristic of ALS is the presence of protein aggregates in degenerating neurons. Some genes encoding proteins present in these aggregates have been found mutated in familial forms of ALS (SOD1, TDP43 proteins). These discoveries led to major advances in the understanding of the pathology and to new therapeutic ideas. We have just completed a high-throughput sequencing study (NGS) targeting specific genes encoding other proteins present in these aggregates. We observed for the first time mutations in the HECW1 gene in several ALS patients. HECW1 encodes NEDL1, an E3-HECT ligase enzyme mainly expressed in neurons. It is known to interact with the PDZ domain protein Dvl-1 involved in neuritogenesis and synaptogenesis. It also interacts and ubiquitinates mutant SOD1 proteins for degradation by the proteasome. Finally, its overexpression in mouse leads to motor neuron degeneration and muscle atrophy. The objective of this project will be to describe the implication of the NEDL1 protein and its mutated forms in the pathophysiology of ALS by in vitro and in vivo approaches. We will first study the expression profile of NEDL1 during the formation of the central nervous system and its role during the differentiation of motor neurons, including neuritogenesis, dendritic spine formation, and glutamatergic transmission. To do this, we will perform analyzes on sections of brain or spinal cord of mice at different ages. Then we will over-express or invalidate the Hecw1 gene in motor neuron cultures isolated from mouse embryos. Next we will study the consequences of the mutated forms of NEDL1 that we discovered in ALS on the differentiation, the function, and the survival of cultured motor neuron. We will analyze their impact on the activity of the Ubiquitin pathway (molecular interaction with mutated SOD1 and Dvl-1). The functional impact of these mutations will also be studied in an in vivo model such as C. elegans or the zebrafish (KO and KI of mutated forms) by motor behavioral analyzes and histological studies. We will also try to understand the role of NEDL1 in the death of motor neurons that is observed in the transgenic mice overexpressing muted SOD1 or TDP43 proteins. For this we will perform cellular and molecular studies (transcriptomics and metabolomics). We will also study the concentration of NEDL1 in the serum of a cohort of ALS patients. In this project, we aim to clarify the role of NEDL1 protein and the consequence of its mutations on the differentiation and survival of motoneuronal cells, on the functioning of the glutamatergic synapse and as a causative factor in certain ALS patients. These studies will also show if NEDL1 could be a new biomarker in ALS and/or a new therapeutic target.