Aspects cellulaires et moléculaires de la thérapie cellulaire chez le modèle murin de la maladie de Parkinson et des lésions cérébrales traumatiques

Cellular and molecular aspects of cell therapy in mouse models of Parkinson's disease and traumatic brain injury

• Auteur / Autrice : Sarah Mantash
• Direction : Laetitia Prestoz, Kazem Zibara
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Neurosciences
• Date : Soutenance le 28/06/2019
• Etablissement(s) : Poitiers
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences Biologiques et Santé (Limoges ; 2018-2022)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de neurosciences expérimentales et cliniques - LNEC (Poitiers ; 2012-....) - Laboratoire de neurosciences expérimentales et cliniques / LNEC
• Partenaire(s) de recherche : faculte : Université de Poitiers. UFR des sciences fondamentales et appliquées
• Jury : Président / Présidente : Afsaneh Gaillard
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Laetitia Prestoz, Kazem Zibara, Jihane Soueid
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Sylvie Chalon, Makram Obeid

Mots clés

Mots clés contrôlés

Lésions et blessures

Cortex cérébral

Neuroinflammation

Thérapeutique cellulaire

Maladie de Parkinson

Mots clés libres

Maladie de Parkinson

Sémaphorine7A

Thérapie cellulaire

Traumatisme cortical

Cellules souches neurales

Neurogénèse

Neuroinflammation

Parkinson's disease

Semaphorin7A

Cell therapy

Traumatic cortical injury

Neural stem cells

Neurogenesis

Neuroinflammation

Résumé

Les maladies neurodégénératives telles que la maladie de Parkinson (MP) et les lésions traumatiques corticales (LTC) sont la cause la plus courante de mort neuronale et constituent un problème majeur de santé publique puisque des centaines de milliers de personnes sont touchées chaque année dans le monde. De nombreux efforts sont développés pour comprendre les bases moléculaires et cellulaires des processus neurodégénératifs afin de mettre au point des thérapeutiques efficaces. En effet, de nombreux traitements chirurgicaux et pharmacologiques ont été développés, néanmoins ils sont le plus souvent symptomatiques et ne rétablissent pas complètement les voies en dégénérescence. Ainsi, la thérapie cellulaire est une approche thérapeutique prometteuse pour restaurer les voies endommagées et remplacer les neurones perdus dans la MP et les LTC. Dans ce travail, nous avons étudié les mécanismes moléculaires et cellulaires après thérapie cellulaire dans des modèles murins de la MP et de LTC. Dans la MP, les transplantations de cellules fœtales ont longtemps été considérées comme une approche thérapeutique attrayante pour restaurer la connectivité dopaminergique (DA) nigrostriatale endommagée et qui est initialement mise en place sous l’influence de signaux de guidage axonaux. Notre équipe et d'autres avons montré que la transplantation intranigrale de cellules de mésencéphale ventral fœtal chez des souris adultes modèles de la MP, rétablissait les déficits moteurs. De plus, nous avons précédemment montré que la molécule de guidage axonal Sémaphorine7A (Sema7A) pourrait être plus particulièrement impliquée dans cette restauration car son expression varie après la greffe dans plusieurs régions de la voie nigrostriée. Nous avons ainsi étudié l’influence de Sema7A sur la reconstruction de la voie nigrostriée dans un modèle murin toxique de la MP, et après greffe de cellules de mésencéphale ventral fœtal. Nous avons également testé l’influence de cette molécule sur l’établissement de la voie au cours de l’embryogenèse et dans le cerveau adulte intact en utilisant des souris déficientes en Sema7A. Nous avons montré que Sema7A est nécessaire au développement des neurones DA dans le mésencéphale ventral au cours de l'embryogenèse et qu'elle est exprimée de manière différentielle dans le striatum adulte, ce qui suggère son implication dans la topographie DA nigrostriatale. L’étude après thérapie cellulaire dans un modèle murin de la MP, nous a permis de suggérer un rôle de Sema7A dans les processus de neuroinflammation connus pour diminuer la survie des cellules greffées. Ces résultats apportent de nouvelles connaissances sur la fonction de Sema7A dans le développement des neurones DA et sur les stratégies de protection des cellules greffées dans les approches de thérapie cellulaire. Enfin, nous avons exploré le protéome des régions liées à la voie nigrostriée chez l’adulte après greffe de cellules fœtales.Les lésions corticales sont également des candidats aux stratégies de remplacement cellulaire afin d’améliorer la récupération fonctionnelle et la réparation anatomique. Ainsi, comme présenté dans la deuxième partie de ce travail, nous avons évalué les effets de la greffe de cellules neurales dans un modèle murin de LTC. Nous avons observé que l’implantation de cellules souches neurales embryonnaires ou de cellules différenciées diminue la neuroinflammation et améliore la neurogenèse après la greffe. De plus, l'association d'une greffe de cellules souches neurales à des injections d'acide gras polyinsaturé (l’acide docosahexaénoïque ou DHA) atténue de manière significative les déficits de la fonction motrice induite par le LTC et favorise la neurogenèse.En conclusion, envisager une stratégie thérapeutique combinant des protocoles de greffe de cellules et ciblant des molécules spécifiques impliquées dans le fonctionnement normal des circuits neuronaux pourrait améliorer la récupération chez les patients atteints de la MP et de LTC.

Neurodegenerative diseases such as Parkinson’s disease (PD) and traumatic brain injuries (TBI) are the most common causes of neural cell death and constitute a serious public health concern with hundreds of thousand people affected each year. In this way, many efforts are developed to understand the molecular and cellular bases of neurodegenerative processes and to devise effective therapies. Indeed, several surgery- or drug-based treatments have been postulated as therapeutic avenues for TBI and PD. For example, deep brain stimulation aims to relieve symptomatic complications in patients with PD and decompressive craniectomy can reduce the intracranial pressure after TBI. Pharmaceutical interventions in TBI include drugs that target secondary injury mechanisms. In PD, using dopamine agonists such as L-DOPA aims to compensate the dopaminergic (DA) loss in the striatum. However, these treatments are most often symptomatologic and do not completely re-establish the degenerated pathways or lost neurons. In this way, cell therapy is a promising avenue to restore disrupted pathways and replace lost neurons in PD and TBI. In this work, we studied molecular and cellular mechanisms of a cell therapy in mouse models of PD and TBI.In PD, fetal cell transplantations have been long considered as a promising therapeutic approach to restore the disrupted nigrostriatal dopaminergic connectivity which is initially established under the influence of multiple axon guidance cues. We and others previously showed that intranigral transplantation in adult mice model of PD, of fetal ventral mesencephalon cells collected from E12.5 mice embryos functionally and anatomically restores the motor deficits. In addition, we previously showed that Semaphorin7A (Sema7A) axon guidance molecule may be more particularly involved in this restoration since its expression increases after transplantation in several regions surrounding the nigrostriatal pathway. By this mean, we investigated the influence of Sema7A on the nigrostriatal pathway reconstruction in a mouse model of PD, toxically induced with 6-hydroxydopamine and after grafting with E12.5 ventral mesencephalon fetal cells. We also tested the influence of this axon guidance molecule in the establishment of this pathway during embryogenesis and in intact adult brain using Sema7A knock-out mice. We showed that Sema7A is necessary for the development of the DA neurons in the ventral mesencephalon during embryogenesis and is differentially expressed in the adult striatum, suggesting its implication in the mesostriatal DA topography. After fetal cell therapy in a mouse model of PD, we showed that Sema7A may play a role in the neuroinflammation processes described to decrease the survival of the grafted cells. These results bring new insights on the role of Sema7A in the development of DA neurons and for protective strategies of grafted cells in cell therapy approaches. Finally, we explored the whole proteome in nigrostriatal pathway-related regions in adults to test the influence of fetal cell transplantation on protein expression.Cortical brain injuries are also candidates for cell replacement strategies to ameliorate functional recovery and anatomical repair. Thus, as presented in the second part of this work, we assessed the effects of neural cell transplantation in a mild controlled cortical impact mouse model of TBI. We observed that implantation of embryonic neural stem cells or of differentiated cells decreases neuroinflammation and enhances neurogenesis following grafting. Moreover, association of neural stem cell transplantation with docosahexaenoic acid injections significantly attenuated TBI-induced motor function deficits and promoted neurogenesis.In conclusion, considering a combined therapeutic strategy by integrating cell transplantation protocols and targeting specific molecules involved in normal functioning of the neuronal circuitry, could ameliorate recovery in patients with PD and TBI.