Sécrétion de vésicules neurotoxiques par les cellules musculaires de patients atteints de la SLA

Secretion of neurotoxic vesicles by muscle cells of ALS patients

• Auteur / Autrice : Laura Le Gall
• Direction : Gillian Butler-Browne, Stéphanie Duguez
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences du vivant
• Date : Soutenance le 06/09/2019
• Etablissement(s) : Sorbonne université en cotutelle avec University of Ulster
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Complexité du vivant (Paris ; 2009-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de recherche en myologie (Paris ; 2014-....)
• Jury : Président / Présidente : Paul Thompson
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Séverine Boillée, Cécile Martinat, Hélène Blasco
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Ludo Van den Bosch, Nicolas Charlet-Berguerand

Mots clés

Mots clés contrôlés

Dégénérescence (pathologie)

Neurones moteurs

Exosomes

Muscles striés

Étiologie

Sclérose latérale amyotrophique

Mots clés libres

SLA

Exosomes musculaires

ARN

Cellules souches musculaires

Communication intercellulaire

Vésicules neurotoxiques

ALS

Muscle exosomes

RNA

Muscle stem cells

Intercellular communication

Neurotoxic vesicles

Résumé

A ce jour, les causes de la sclérose latérale amyotrophique (SLA) ne sont pas connues et il n’existe aucun remède. L’implication du muscle dans la pathogénèse de la SLA est toujours controversée, néanmoins il a été démontré qu’il existe une atteinte axonale distale primaire à l’apparition des premiers symptômes de la SLA. De plus, plusieurs données de la littérature suggèrent une perturbation de la voie de biogénèse et de sécrétion des exosomes chez certains patients atteints de forme mono-génique de la SLA. Sachant que le muscle squelettique peut être une source d’exosomes, nous émettons l’hypothèse que le muscle pourrait contribuer à la toxicité de l’environnement des motoneurones, à leur dégénérescence et donc à la pathogénèse de la SLA. J’ai donc étudié au cours de ma thèse la sécrétion d’exosomes par les cellules musculaires de patients sporadiques SLA et leurs rôles dans la SLA. Dans un premier temps, nous avons observé l’existence d’une signature associée à la SLA dans l’ensemble des cellules musculaires analysées, avec une accumulation et sursécrétion d’exosomes. Ces exosomes musculaires de patients SLA étaient toxiques pour les motoneurones dérivés d’iPSCs, induisant une réduction du nombre de branchements, une diminution de la longueur des neurites et une mort des motoneurones. Nous avons ensuite observé que les exosomes ALS contenaient la protéine FUS et d’autres protéines impliquées dans le transport et la maturation des RNAs. Or, le traitement des motoneurones avec des exosomes musculaire SLA induisait une accumulation de RNA dans leurs noyaux. Enfin, nous avons observé que la toxicité des exosomes SLA était dépendante du niveau d’expression de FUS de la cellule réceptrice. En effet, la toxicité des exosomes SLA était exacerbée lorsque FUS était surexprimé dans la cellule réceptrice et était diminuée lorsque l’expression de FUS était éteinte. Or les motoneurones présentent un niveau d’expression de FUS supérieur aux cellules musculaires, suggérant leur sensibilité accrue aux exosomes musculaires SLA. Ensemble ces données suggèrent une implication du muscle dans la dégénérescence des neurones moteurs de patients SLA.

To date, amyotrophic lateral sclerosis (ALS) remain incurable and the causes for motor neuron death are unknown. The primary involvement of skeletal muscle in ALS pathogenesis is still controversial. Several studies suggested that a distal axon degeneration occurs prior to the onset of ALS clinical symptoms. Moreover, there are growing evidences for a disruption of exosomes biogenesis and secretion pathways in genetic forms of ALS. Knowing that the skeletal muscle can be a source of exosomes, we hypothesised that ALS skeletal muscle could contribute to the toxic environment of motor neurons and thus participate in ALS pathogenesis through their secretion of exosomes. During my PhD, I investigated the secretion of exosomes by muscle cells from sporadic ALS patients and their role in motor neuron death. First, we show that muscle cells present a consistent signature across ALS patients with an accumulation and over-secretion of exosomes. Second, ALS muscle exosomes are toxic toward healthy human iPSCs motor neurons by inducing shorter, reduced branching neurites and cell death. Third, we observed that ALS muscle exosomes contain FUS protein and are enriched in proteins involved in RNA maturation and transport. Fourth, ALS muscle exosomes induced a disruption in RNA transport in healthy human motor neuron. Fifth, the exosome toxicity is dependent on FUS expression level in the recipient cells, as an over-expression of FUS in the recipient cells exacerbated the ALS exosome toxicity while an inhibition of FUS expression decreased their toxic effect. The greater sensitivity of motor neurons to ALS muscle exosomes might thus be explained by their higher expression level of FUS compare to healthy muscle cells. Altogether, these results suggest that ALS muscle exosomes could contribute to the degeneration of motor neuron in ALS patients.