Le rôle de la protéine LGI1 dans la régulation du réseau neuronal dans l’hippocampe

The role of the LGI1 protein in the regulation of the neuronal network in the hippocampus

• Auteur / Autrice : Elodie Fels
• Direction : Olivier Pascual
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Neurosciences
• Date : Soutenance le 10/12/2021
• Etablissement(s) : Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Neurosciences et Cognition (NSCo) (Lyon)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université Claude Bernard (Lyon ; 1971-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut NeuroMyoGène (Lyon ; 2016-2021)
• Jury : Président / Présidente : Stéphanie Baulac
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Olivier Pascual, Catherine Faivre-Sarrailh, Cécile Charrier, Jérôme Honnorat
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Catherine Faivre-Sarrailh, Cécile Charrier

Mots clés

Mots clés contrôlés

Protéine LGI1

Réseaux cérébraux

Protéines -- Dénaturation (chimie)

Hippocampe (anatomie)

Mots clés libres

LGI1

Hippocampe

Synapse

Récepteurs AMPA

Réseau inhibiteur

LGI1

Hippocampus

Synapse

AMPA receptors

Inhibitory network

Résumé

La protéine LGI1 est une protéine neuronale sécrétée, exprimée dans le système nerveux central, principalement au niveau de l’hippocampe. Des perturbations de la fonction de la protéine LGI1 ont été identifiées dans deux pathologies caractérisées par des crises d’épilepsie : une forme héréditaire d’épilepsie du lobe temporal autosomique dominante (ADLTE) provoquée par des mutations dans le gène LGI1, et des encéphalites limbiques (EL) auto-immunes caractérisées par des troubles neurologiques dus à la présence d’auto-anticorps anti-LGI1 dans le sérum et/ou dans le liquide céphalo-rachidien des patients. Afin de comprendre comment l’altération de la protéine LGI1 génère des crises d’épilepsie, des études se sont intéressées à la fonction de la protéine LGI1 dans la régulation du réseau neuronal. Ces études ont mis en évidence que la protéine LGI1 joue un rôle primordial au niveau des synapses excitatrices, en formant un complexe trans-synaptique avec ses partenaires transmembranaires ADAM22 et ADAM23. Par la formation de ce complexe, la protéine LGI1 régule l’expression des récepteurs AMPA (R-AMPA) qui sont impliqués dans la transmission synaptique. De manière surprenante, il a été montré que la perturbation de la protéine LGI1 réduit l’expression des R-AMPA à la surface des synapses excitatrices. Cependant, ce résultat est en contradiction avec l’apparition des crises d’épilepsie qui sont générées en raison d’une hyperexcitabilité du réseau neuronal. Ainsi, l’objectif de mon projet de thèse a été de comprendre comment une réduction de l’expression des R-AMPA conduit au déclenchement de crises d’épilepsie lorsque la protéine LGI1 est altérée. Pour expliquer cela, nous avons émis l’hypothèse que la réduction de l’expression des R-AMPA affecterait principalement les synapses excitatrices présentes sur les neurones inhibiteurs. La réduction de l’activité inhibitrice résultante favoriserait l’hyperexcitabilité du réseau neuronal. Pour tester cela, nous avons analysé les effets d’un blocage de la protéine LGI1 par des anticorps (ac) anti-LGI1 provenant du sérum de patients atteints d’EL. Grace à un modèle de souris infusée avec les ac anti-LGI1, nous observons, par une étude réalisée en microscopie super-résolution STORM, que la perturbation de la protéine LGI1 réduit l’expression des R-AMPA à la surface des neurones excitateurs et inhibiteurs dans le gyrus denté de l’hippocampe. Par électrophysiologie, nous avons enregistré les potentiels de champs locaux dans la région CA1 dans des tranches aigues d’hippocampe de souris infusées avec les ac anti-LGI1. Nous montrons que le blocage de la protéine LGI1 augmente l’hyperexcitabilité du réseau neuronal. De plus, nous observons, par pharmacologie, que les ac anti-LGI1 perturbent l’activité du réseau inhibiteur qui ne parvient plus à contrôler l’excitabilité neuronale. L’ensemble de nos résultats indique que la diminution de l’expression des R-AMPA dans le gyrus denté de l’hippocampe, par les ac anti-LGI1, réduit plus drastiquement l’activité du réseau inhibiteur. Ainsi, mes résultats suggèrent que la perturbation du réseau inhibiteur dans le gyrus denté serait un mécanisme impliqué dans la génération des crises d’épilepsie chez les patients atteints d’EL à ac anti-LGI1.

LGI1 is a neuronal secreted protein expressed in the central nervous system, mainly in the hippocampus. Dysfunctions of LGI1 protein have been identified in two pathologies: an inherited form of autosomal dominant temporal lobe epilepsy (ADLTE) caused by mutations in LGI1 gene, and in a subtype of auto-immune limbic encephalitis (LE) characterized by neurological disorders due to the presence of LGI1 auto-antibodies in the serum and the cerebrospinal fluid of patients. To understand how the alteration of LGI1 protein leads to epileptic seizures, studies investigated LGI1 function in the regulation of the neuronal network. It was shown that LGI1 protein acts at excitatory synapses by forming a trans-synaptic complex with its transmembrane partners ADAM22 and ADAM23. Through this complex, LGI1 protein regulate the expression of AMPA-receptors (AMPA-R) involved in synaptic transmission. Surprisingly, it was shown that the impairment of LGI1 protein reduces the expression of AMPA-R at the surface of excitatory synapses. Nevertheless, this result is in contradiction with the epileptic seizures generated because of a hyperexcitability of the neuronal network. Thus, the goal of my thesis project was to understand how a reduction of AMPA-R expression leads to epileptic seizures when LGI1 protein in disturb. To explain this, we suggested that the reduction of the expression of AMPA-R would mainly occur at excitatory synapses on inhibitory neurons. This would decrease the inhibitory neuronal activity in favour of a hyperexcitability of the neuronal network. To investigate this, we studied the effects of a blockage of LGI1 protein by LGI1 antibodies (abs) purified from the serum of patients with LGI1 LE. Using an infused mouse model with LGI1 abs, we observed, by super-resolution microscopy STORM, that LGI1 abs reduced the expression of AMPA-R on excitatory and inhibitory neurons in the dentate gyrus of the hippocampus. By electrophysiology, we show that the blockage of LGI1 protein increases the hyperexcitability of the neuronal network. Moreover, we observed, by pharmacology, that LGI1 abs altered the inhibitory network activity that failed to control the neuronal excitability. Altogether, our results indicate that the reduction of AMPA-R expression in the dentate gyrus of the hippocampus, by LGI1 abs, reduce more drastically the activity of the inhibitory network. Thus, my results suggest that the alteration of the inhibitory network would be a mechanism involved in the trigger of epileptic seizures in patients with LGI1 LE.