Caractérisation métabolique et modulation pharmacologique de l’activité glucocérébrosidase dans un modèle murin surexprimant l’α-synucléine

Metabolic phenotype and pharmacological modulation of glucocerebrosidase activity in a transgenic mouse model overexpressing α-synuclein

• Auteur / Autrice : Elodie Cuvelier
• Direction : Karim Ali Belarbi
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Neurologie
• Date : Soutenance le 28/02/2019
• Etablissement(s) : Université de Lille (2018-2021)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Biologie-Santé (Lille ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Lille Neuroscience et Cognition (Lille) - Lille Neurosciences & Cognition - U 1172
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Karim Ali Belarbi, Olga Corti, Stéphane Hunot, Nadia Belmatoug, Bernard Gressier, Marie-Christine Chartier-Harlin
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Olga Corti, Stéphane Hunot

Mots clés

Mots clés contrôlés

Modèles animaux

Glucosylceramidase

Leptine

Métabolisme énergétique

Maladie de Parkinson

Expérimentation animale

Glucocérébrosidase

Leptine

Métabolisme énergétique

Maladie de Parkinson

Mots clés libres

Α-synucléine

Métabolisme énergétique

Leptine

Glucocérébrosidase

Inflammation

Maladie de Parkison

Α-synuclein

Energy metabolism

Leptin

Glucocerebrosidase

Inflammation

Parkinson disease

Résumé

La maladie de Parkinson (MP) est la pathologie motrice neurodégénérative progressive la plus fréquente. Elle est caractérisée par une neurodégénérescence dopaminergique dans la substance noire, une accumulation neuronale d’α-synucléine et une neuroinflammation chronique. Les symptômes moteurs caractéristiques sont précédés de troubles non moteurs parmi lesquels un trouble olfactif et une perte de poids. Un dérèglement du métabolisme lipidique pourrait être impliqué dans la MP. En effet, des variations de poids et une perte d’adiposité ont été constatées dans les stades précoces de la MP. De plus, la perte de fonction liée aux mutations du gène GBA1 codant la glucocérébrosidase (GBA) lysosomale, une enzyme régulant le métabolisme des sphingolipides, est un facteur de risque majeur de développer la MP.L’objectif principal était de caractériser le phénotype non moteur, métabolique et la réponse immunitaire des souris Thy1-aSYN surexprimant l’α-synucléine humaine au niveau neuronal. Puis, le lien entre l’activité GBA, les fonctions sensorimotrices, l’accumulation de l’α-synucléine et la neuroinflammation chez les souris sauvages (WT) et Thy1-aSYN était étudié.Les souris Thy1-aSYN et WT ont été évaluées à l’âge de 3, 6 et 12 mois sur leurs performances olfactives, motrices et métaboliques (gain de poids, composition corporelle, métabolisme énergétique). Dans le sang, le glucose, la leptine et l’insuline ont été dosées. Et dans l'hypothalamus, le taux d’α-synucléine, son agrégation, et des marqueurs de la voie de signalisation mTOR ont été analysés. Les cellules du système immunitaire ont été quantifiées par cytométrie en flux. Puis, des souris mâles Thy1-aSYN et WT âgées de 6 mois ont été traitées par voie intrapéritonéale pendant 14 jours par le conduritol-beta-epoxyde (inhibiteur de GBA, 100mg/kg/j), le miglustat (activateur de GBA, 100mg/kg/j), ou le tampon phosphate salin. L’activité cérébrale GBA a été dosée par essai fluorométrique. Les performances sensorimotrices ont été évaluées à l’aide du test de challenge de la poutre et du retrait de l’adhésif. Le taux d’α-synucléine et son agrégation ont été quantifiés ainsi que les populations du système immunitaire.Les souris Thy1-aSYN ont des troubles olfactifs et de motricité fine dès l’âge de 3 mois. Elles prennent moins de poids que les souris WT tout au long de leur vie. Leur composition corporelle à l’âge de 6 mois montre que cette perte de poids est liée à une diminution de la masse grasse sous-cutanée et viscérale. De plus, les souris Thy1-aSYN consomment moins d’eau et de nourriture, ont une activité plus importante et une énergie libérée moindre. Ces troubles métaboliques sont liés à une diminution de la leptinémie, de l’insulinémie, et à une agrégation d’α-synucléine associée à une diminution de Rictor et de l’activation de STAT3 dans l’hypothalamus, connus pour réguler l’homéostasie énergétique. L’analyse des cellules immunitaires suggère que les souris Thy1-aSYN âgés de 3 mois ont moins de lymphocytes T CD8+ dans le sang. Dans le second temps, le traitement par conduritol-beta-epoxyde et miglustat diminue et augmente respectivement l’activité cérébrale de GBA. L’inhibition de l’activité GBA promeut l’apparition de troubles neurosensoriels et une augmentation cérébrale des leucocytes chez les souris Thy1-aSYN. Aucun changement majeur de l’agrégation de l’α-synucléine suivant la modulation de l’activité glucocérébrosidase n’a été observé chez les souris Thy1-aSYN et WT.En conclusion, les troubles métaboliques sont liés à la surexpression d’α–synucléine, qui altère la voie de signalisation de mTOR et STAT3 dans l’hypothalamus et pourrait ainsi perturber l’homéostasie énergétique des souris Thy1-aSYN. Les troubles observés chez ces souris traitées par un inhibiteur de GBA suggèrent un effet synergique entre la perte de fonction de GBA et l’accumulation de l’α-synucléine, qui pourrait contribuer aux troubles sensorimoteurs et à la neuroinflammation dans la MP.

Parkinson’s disease (PD) is the most common movement neurodegenerative disorder. It is characterized by the progressive degeneration of dopaminergic neurons in the substantia nigra, by a pathological accumulation of α-synuclein in neurons and by a chronic neuroinflammation. Characteristic motor symptoms can be preceded by non-motor dysfunctions including olfaction deficits and body weight loss. Increasing evidences suggest that deregulation in lipid metabolism could be involved in PD. Indeed, unintended body weight change and loss of adiposity has been documented in early stages PD patients. Moreover, loss-of-function mutations in the GBA1 gene encoding lysosomal glucocerebrosidase (GBA), an enzyme regulating the metabolism of sphingolipids, are common risk factors for PD.The aim of this project is first to characterize the non-motor, metabolic and immune response phenotype of Thy1-aSYN transgenic mice overexpressing human α-synuclein in neurons, and second to better understand the links between glucocerebrosidase activity and sensorimotor functions, α-synuclein accumulation and neuroinflammation in wild-type (WT) and Thy1-aSYN mice.Thy1-aSYN and WT mice were evaluated from 3, 6 and 12 months of age for olfactory and motor performances and metabolism (weight gain over aging, body composition, energy metabolism). Blood glucose, insulin and leptin levels were quantified as well as α-synuclein levels and aggregation and markers of the mTOR signaling pathway in the hypothalamus. Immune cell populations were numbered by multicolor flow cytometry. In a second study, 6-month-old male mice were treated for 14 days by intraperitoneal injection of conduritol-beta-epoxyde (an inhibitor of lysosomal GBA; 100mg/kg/day), miglustat (an enhancer of lysosomal GBA activity; 100mg/kg/day) or phosphate buffered saline. Brain GBA activity was determined by fluorogenic assay. Sensorimotor performances were evaluated in the challenging beam test and the removal adhesive test. Α-synuclein levels and aggregation as well as immune cell populations were measured.Our results show that Thy1-aSYN mice have olfactory and fine motor impairments from 3 months of age. Thy1-aSYN mice gain less body weight throughout life than WT mice. Body composition analysis of 6-month-old animals evidenced that body mass loss is due to reduced subcutaneous and visceral fat mass. Thy1-aSYN mice moreover show lower food and water consumption, increased spontaneous activity and a reduced energy expenditure. Theses metabolic disorders are associated with decreased insulin and leptin levels in the blood and in the hypothalamus with α-synuclein aggregation and decreased levels of Rictor and of the activated form of STAT3 both known to regulate energy homeostasis. Numeration of immune cells suggest that 3-month-old Thy1-aSYN mice have less CD8+ T lymphocytes than WT mice in the blood. In the second study, conduritol-beta-epoxide and miglustat decreased and increased lysosomal brain GBA activity, respectively. GBA inhibition promoted the onset of neuromotor deficits and increased the number of brain CD45+ cells in Thy1-aSYN mice. No striking changes in α-synuclein aggregation were observed in Thy1-aSYN mice or WT mice.Together, our results show that metabolic alterations are an important phenotype of α-synuclein overexpression and that impaired STAT3 and mTORC2 signaling in the hypothalamus may underlie the disruption of energy metabolism in Thy1-aSYN mice. Abnormalities observed in Thy1-aSYN treated by an inhibitor of GBA suggest a synergistic effect between GBA loss of function and α-synuclein accumulation that could contribute to sensorimotor deficits and neuroinflammation in PD.