Biogénèse des gouttelettes lipidiques dans le système nerveux central de modèles de la maladie de Parkinson chez la Drosophile

Understanding lipid droplet biogenesis in the central nervous system of Drosophila models of Parkinson's disease

• Auteur / Autrice : Victor Girard
• Direction : Bertrand Mollereau, Nathalie Davoust-Nataf
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la vie et de la santé. Biologie
• Date : Soutenance le 15/12/2020
• Etablissement(s) : Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de Biologie Moléculaire Intégrative et Cellulaire (Lyon ; 1999-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : École normale supérieure de Lyon (2010-...)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de biologie et modélisation de la cellule / LBMC UMR 5239
• Jury : Président / Présidente : Abdou Rachid Thiam
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Bertrand Mollereau, Nathalie Davoust-Nataf, Abdou Rachid Thiam, Ronald Kühnlein, Ody Sibon
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Ronald Kühnlein, Ody Sibon

Mots clés

Mots clés contrôlés

Lipides -- Métabolisme

Drosophiles

Maladie de Parkinson

Mots clés libres

Maladie de Parkinson

Alpha-synuclein

Gouttelettes lipidiques

Périlipines

Métabolisme lipidique

Glie

Neurone

Drosophile

Rétine

Parkinson disease

Alpha-synuclein

Lipid droplet

Perilipins

Lipid metabolism

Glia

Neuron

Drosophila

Retina

Résumé

Les maladies neurodégénératives sont l’une des principales causes d’invalidité dans le monde. Certaines de ces maladies, telle que la maladie de Parkinson (MP), sont associées à des dérégulations du métabolisme lipidique. En effet, plusieurs laboratoires dont le nôtre, ont montré que l’accumulation d’acide gras sous forme de gouttelettes lipidiques (GLs) dans les cellules gliales est un mécanisme de réponse au stress oxydatif conservé au cours de l’évolution. De plus, la formation de GLs dans les neurones pourrait aussi participer au processus neurodégénératif. La contribution respective des cellules gliales et des neurones reste cependant peu étudiée. Au cours de ma thèse, je me suis intéressé aux mécanismes et conséquences pathologiques de l’accumulation de GLs dans les neurones et les cellules gliales. La MP est caractérisée par l’accumulation d’alpha-synucléine (aSyn) sous forme d’agrégats intracellulaires appelés corps de Lewy. L’aSyn est une protéine normalement localisée aux synapses contenant un domaine de liaison aux lipides. L’aSyn peut se lier à la surface des GLs in vitro et l’expression d’aSyn humaine dans la levure induit l’accumulation de GLs. Cependant, la conservation et relevance de ce processus dans le cadre de la MP restent à démontrer. Durant ma thèse, j’ai montré que l’expression simultanée de l’aSyn et de périlipine, une protéine de surface des GLs, induit l’accumulation de GLs dans les neurones photorécepteurs de la rétine de drosophile. De plus, l’aSyn se localise à la surface des GLs dans les photorécepteurs de drosophiles et les neuroblastes humains en culture. Mes résultats suggèrent que l’association de l’aSyn et des périlipines aux GLs, pourrait les stabiliser et favoriser leur accumulation. Enfin, la présence de GLs dans les photorécepteurs augmente la résistance de l’aSyn à la digestion par protéinase K, suggérant que les GLs sont impliquées dans la conversion pathologique de l’aSyn vers des formes agrégées.Les cellules gliales maintiennent l’intégrité du système nerveux central et peuvent accumuler des GLs en réponse à des dommages neuronal ou du stress. J’ai montré que Split-ends (Spen), une protéine identifiée comme facteur de survie des cellules gliales au cours du développement, est impliquée dans le maintien de l’homéostasie des GLs dans les cellules gliales de drosophile adulte. De plus, l’expression de spen promeut la résistance des mouches au traitement par le Paraquat, un pesticide reconnu comme facteur de risque pour la MP chez l’homme. Ces résultats suggèrent que les fonctions de spen dans le maintien de l’homéostasie lipidique dans les cellules gliales protègent contre le stress oxydatif induit par le paraquat.Collectivement, les résultats obtenus au cours de ma thèse montrent que le maintien de l’homéostasie des GLs dans les cellules gliales mais également dans les neurones est important dans les processus pathologiques associés à la MP.

Neurodegenerative disorders are a worldwide leading cause of disability. Several neurodegenerative disorders including Parkinson's disease (PD) are associated with lipid storage dysregulation in the brain. In particular, the storage of lipids in cytoplasmic organelles, called lipid droplets (LDs), has recently emerged as important mechanism of the stress response. Several labs including ours, found that LD accumulation in glia may promote neuronal survival in condition of oxidative stress. Interestingly, in the context of neurodegeneration, neurons can also accumulate LDs. The contribution of neuronal and glial cells LDs to neurodegeneration remains a topic of debate. During my PhD, I investigated the mechanisms and consequences of LD accumulation in neurons and glia in two Drosophila models of PD. PD is characterized by the accumulation of misfolded alpha-synuclein (aSyn) in neuronal cytoplasmic inclusions. Interestingly, aSyn contains a lipid-binding domain that shares structural similarities with LD-binding proteins such as perilipins and aSyn can bind synthetic LD in vitro and induces LD accumulation in yeast by a mechanism that remains unclear. I found that expression of aSyn in association with perilipin impairs LD homeostasis leading to accumulation of LDs in Drosophila photoreceptor neurons. Interestingly, I observed that aSyn co-localizes with perilipins on LD surface in both Drosophila photoreceptor neurons and human neuroblastoma cells. I thus proposed that aSyn by associating with perilipins stabilize LD and by this mean promote LD accumulation. Finally, modulating LD content in photoreceptor impacts aSyn resistance to proteinase K suggesting that LDs are involved in pathological conversion of aSyn. Glial cells are early sensor of central nervous system injuries that accumulate LDs in response to neuronal stress to protect neurons from damages associated with lipid peroxidation. We found that Split-ends (Spen), an RNA binding protein previously identified as a glial pro-survival factor during development, maintains LD homeostasis in adult glial cell. In addition, expression of spen was associated with resistance to paraquat-induced neurotoxicity, a pesticide associated with increased risk of PD in human epidemiologic studies. These results suggest that Spen-mediated lipid metabolism functions is important for neuroprotection in PD.Collectively the results of my thesis provide new evidences for the formation of LDs in both neurons and glial cells and their contribution in the progression of PD pathology.