Décortiquer le rôle de l'homéoprotéine Engrailed et des LINEs dans la physiopathologie des neurones dopaminergiques

Dissecting the role of the homeoprotein engrailed and line elements in the physiopathology of midbrain dopaminergic neurons

• Auteur / Autrice : Eugénie Pezé-Heidsieck
• Direction : Alain Prochiantz
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Neurosciences
• Date : Soutenance le 18/09/2019
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Cerveau, cognition, comportement (Paris ; 1992-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre Interdisciplinaire de Recherche en Biologie (Paris ; 2011-....)
• Jury : Président / Présidente : Alain Trembleau
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Wolfgang Wurst, Pascale Lesage
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Didier Trono, Andrea Wizenmann

Mots clés

Mots clés contrôlés

Souris de laboratoire

Rétrotransposons

Facteur de transcription Otx2

Gènes homéotiques

Dégénérescence (pathologie)

Neurones dopaminergiques

Étiologie

Maladie de Parkinson

Mots clés libres

Maladie de Parkinson

Neurones dopaminergiques

Éléments transposables

Homéoprotéines

Épigénétique

Transcription des longs gènes

Parkinson Disease

Dopaminergic neuron

Transposable elements

Homeoproteins

Epigenetics

Long gene transcription

Résumé

Les neurones dopaminergiques mésencéphaliques (mDA) de la substance noire expriment les facteurs de transcription à homéodomaine Engrailed1 et Engrailed2 (collectivement Engrailed). Dans la maladie de Parkinson (MP), ce sont ces neurones mDA qui dégénèrent. Leur perte est responsable des symptômes moteurs dus à la baisse des niveaux de neurotransmetteur dopamine. Chez des souris hétérozygotes pour Engrailed1, les neurones mDA meurent progressivement. Cependant, la transduction d’Engrailed, permise par la capacité de transfert intercellulaire de la protéine, protège les neurones mDA contre les cassures de l’ADN, les perturbations de la structure chromatinienne et la surexpression des éléments mobiles LINE-1 (L1) induites par un stress oxydatif. Les L1 sont des éléments répétés distribués dans le génome et on a longtemps pensé qu'ils étaient entièrement réprimés car ils représentent une menace pour l’intégrité du génome. En effet, ils "bougent" dans le génome en utilisant un mécanisme de "copier-coller" et, ce faisant, induisent des cassures dans l'ADN. Nous avons montré qu’une injection de Engrailed peut inverser les marques modifiées d’hétérochromatine et réprimer les L1, sauvant ainsi les neurones de la mort cellulaire. Ceci suggère une utilisation potentielle d’Engrailed pour la MP. Cependant, les L1 sont aussi exprimés de façon basale dans les neurones mDA et j’étudie le rôle de cette expression dans l’expression des gènes longs. En parallèle, grâce à l’expression génétique inductible d’anticorps monocaténaires bloquant le transfert intercellulaire d’Engrailed, j’étudie le rôle de ce transfert dans la morphologie et physiologie des neurones mDA.

Engrailed homeoprotein controls the development of ventral midbrain dopaminergic (mDA) neurons and, in the adult, remains expressed assuring their survival. In Parkinson disease (PD), it is these mDA neurons that degenerate. Their loss is responsible for the classical motor symptoms due to reduced levels of the neurotransmitter dopamine. In an oxidative stress context, mDA neurons of the substantia nigra exhibit an increased number of DNA strand breaks, changes in nuclear and nucleolar heterochromatin marks and abnormally high expression of repressed genes, in particular LINE-1 (L1) retrotransposons. L1 elements are repeated elements distributed within the genome and were long thought to be entirely repressed as they represent a threat to genome integrity. Indeed, they "move" throughout the genome using a "copy-paste" mechanism and in doing so, they induce breaks in the DNA. We have shown that an injection of recombinant Engrailed can revert the altered heterochromatin marks and repress L1 elements, rescuing the neurons from cell death. This suggests potential use of Engrailed therapy for PD. Our studies, published at EMBO Journal, demonstrate that L1 inhibition, through three distinct means is protective in a PD mouse model and in acute oxidative stress condition. However, as L1 are expressed at basal level in adult neurons, we are currently exploring its potential physiological role. We propose a threshold model in which L1 may participate to normal neuronal function until a certain expression threshold which, when reached, will damage the cell by DNA breaks.