L’absence de la protéine à multiple domaine PDZ a des conséquences sensorielles et cognitives

Loss of Multiple PDZ domain containing protein has sensory and cognitive consequences

• Auteur / Autrice : Shri Vidhya Seshadri Srinivasan
• Direction : Mireille Montcouquiol
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Neurosciences
• Date : Soutenance le 12/12/2022
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la vie et de la santé (Bordeaux)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Polarite Planaire et Plasticite
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Neurocentre Magendie (Bordeaux)
• Jury : Président / Présidente : Didier Dulon
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Didier Dulon, Paul Avan, Aziz El-Amraoui, Susanna Pietropaolo, Régis Nouvian
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Paul Avan, Aziz El-Amraoui

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cytosquelette

Maladies rares

Hydrocéphalie

Polarité (biologie)

Mots clés libres

Polarité

Pathologie neuro-Développementale

Hydrocéphalie

Cerveau & oreille

Cytosquelette

Maladie rare

Brain & ear

Cytoskeleton

Rare disease

Hydrocephaly

Neuro-Developmental pathology

Polarity

Résumé

La protéine contenant de multiples domaines PDZ (MPDZ ou MUPP1) est une protéine de polarité cytosolique avec treize domaines PDZ, présente à la fois à la jonction serrée des cellules épithéliales mais également aux synapses des neurones. Dans les deux systems (épithélial et neuronal), elle fonctionne comme une protéine d'échafaudage et participe au contrôle de la maturation et de la fonction de la cellule et des tissus. Des variations génétiques de MPDZ ont été associées à diverses pathologies, notamment l'hydrocéphalie congénitale avec anomalies cérébrales et oculaires (HYC2, OMIM #603785) ou la dépendance à l'alcool et aux sédatifs. Certains patients présentant des variants de MPDZ ont été diagnostiqués avec une perte auditive neurosensorielle et une légère déficience intellectuelle, mais ces aspects ont reçu peu d'attention. Notamment, alors que de nombreuses études rapportent différents aspects des caractéristiques du gène/de la protéine, il n'existe aucune étude des conséquences de la délétion précoce du gène dans l'oreille interne et le cerveau dans le même modèle génétique. Cette thèse s'attache à évaluer les conséquences structurelles et fonctionnelles d'une délétion conditionnelle précoce de MPDZ dans l'oreille interne et dans le cerveau d'une souris, dans l'espoir de mieux comprendre l'effet pléiotropique de la délétion sur les mécanismes du développement contrôlé par le gène. Nous avons généré deux modèles de souris: un avec une délétion dans l'oreille interne (MPDZear) et un avec une délétion dans le cerveau (MPDZbrain). Chez le mutant MPDZear j'ai évalué les conséquences de la perte de MPDZ à l'aide de tests auditifs et de tests d'équilibre vestibulaire, révélant des déficits dans les deux systèmes. Ensuite, j'ai identifié des deficits structurels dans les cellules ciliées auditives, à la fois dans leurs compartiments apical ainsi que synaptique. J'ai identifié une perturbation claire de la structure de la touffe cilaire, cohérente avec une réduction et une mauvaise localisation de certains marqueurs de la surface apicale, ainsi qu'une désorganisation de certains des composants synaptiques. Les corrélats fonctionnels ont confirmé une perturbation de l'absorption de FM1-43 au niveau du faisceau cilié et une augmentation anormale du Ca2+ associée à une efficacité réduite de l'exocytose de la cellule ciliée. Dans le mutant "cerveau", bien que nous n'ayons pas identifié de déficits anatomiques majeurs, nos données ont révélé des déficits, et notamment une diminution de l'inhibition des préimpulsions (PPI), typique d'une perturbation du déclenchement sensoriel. Dans l'ensemble, ces données identifient un certain nombre de perturbations épithéliales etsynaptiques dans l'oreille interne, à l'origine des déficits d'audition et d'équilibre de notremodèle, et montrent en outre des déficits spécifiques au cerveau qui pourraient participer au déficit sensoriel, mais qui sont également cohérents avec l'ID observée chez les patients.

Multiple PDZ domain containing protein (MPDZ or MUPP1) is a large cytosolic polarity protein with thirteen PDZ domains present at the tight junction of epithelial cells and at the synapses of neurons. In both systems (epithelial and neuronal), it functions as a scaffolding protein to participate in the maturation and in the function of the cells and tissues. Genetic variations within MPDZ have been associated with various pathologies including congenital hydrocephalus with brain and eye anomalies (HYC2, OMIM #603785) or alcohol and sedative dependence. Some patients with MPDZ variants were diagnosed with sensorineural hearing loss and mild intellectual disability (ID), but these aspects received little attention. Notably, while many studies report different aspects of the gene/protein characteristics, there is no study of the consequences of the early deletion of the gene within the inner ear and the brain within the same genetic model. This thesis focuses on evaluating the structural and functional consequences of an early conditional deletion of MPDZ in the inner ear and in the brain of a mouse, in the hope of better understanding the pleiotropic effect of the deletion on some developmental mechanisms controlled by MPDZ. We generated two mice models: one with a deletion in the inner ear (MPDZear) and one with a deletion in the brain (MPDZbrain). In the MPDZear mutant, I evaluated the consequences of loss of MPDZ using hearing tests and balance vestibular test, revealing deficits in both systems. Next, I identified structural deficit domain-containing in the auditory hair cells, both in their apical and their synaptic compartments. I found a clear disruption of the hair bundle structure, consistent with a reduction and a mislocalisation of some apical surface markers, as well as a disorganization of some of the synaptic components. Functional correlates confirmed a disrupted intake of FM1-43 uptake at the hair bundle and an abnormal Ca2+ increase associated with decreased exocytosis efficiency at the synapse side of the hair cell. In the MPDZbrain mutant, while we did not identify gross anatomical deficits, our data revealed deficits, and notably a decreased prepulse inhibition (PPI) response, typical of a disruption in sensory gating. Taken together, these data identify a number of epithelial and synaptic disruptions in the inner ear supporting the hearing and balance deficits of our model, and further show brain-specific deficits that could participate to the sensory deficit but are also consistent with the ID observed in patients.