La modulation du métabolisme du cholestérol médiée par la thérapie génique comme approche thérapeutique dans la sclérose latérale amyotrophique

The modulation of cholesterol metabolism through gene therapy as a potential therapy for amyotrophic lateral sclerosis

• Auteur / Autrice : Guillaume Wurtz
• Direction : Françoise Piguet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences pharmacologiques
• Date : Soutenance le 25/05/2022
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Innovation thérapeutique : du fondamental à l'appliqué
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut du cerveau (Paris ; 2009-....)
• Partenaire(s) de recherche : référent : Université Paris-Saclay. Faculté de pharmacie (Orsay, Essonne ; 2020-....)
• Partenaire(s) de recherche : graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Santé et médicament (2020-....)
• Jury : Président / Présidente : Luc Dupuis
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Marie-Anne Colle, Carole Escartin, Maria-Del-Mar Amador, Philippe Ravassard
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Luc Dupuis, Marie-Anne Colle

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cholesterol 24-hydroxylase

Thérapie génique

Sclérose latérale amyotrophique

Cholestérol

Mots clés libres

Thérapie génique

Sclérose Latérale Amyotrophique

Modèles animaux

CYP46A1

Métabolisme du Cholestérol

Cholesterol metabolism

Animals models

Gene therapy

CYP46A1

Amyotrophic Lateral Sclerosis

Résumé

La Sclérose Latérale Amyotrophique (SLA) est la plus fréquente des maladies du motoneurone et se définit comme une atteinte progressive des motoneurones supérieurs (cortex) et inférieurs (bulbe et moelle épinière), entrainant une paralysie et la mort trois à cinq ans après diagnostic. L'accumulation de cholestérol dans le système nerveux central (SNC) a été montré comme contribuant activement à l'aggravation de la maladie d'Alzheimer (MA), de l'ataxie spinocérébelleuse (AS), de la maladie de Huntington (HD), et plus récemment dans la SLA. Le cholestérol est essentiel pour la gaine de myéline, mais également pour son rôle fonctionnel et structurel dans les membranes cellulaires. Cependant, dans le SNC, le cholestérol est synthétisé in situ et ne peut passer librement la barrière hémato-encéphalique (BHE). Toutefois, l'enzyme 24-cholesterol-hydroxylase (CYP46A1) permet la métabolisation du cholestérol en 24-hydroxycholestérol (24-OH), qui est, lui, capable de passer la BHE. Par ailleurs, cette enzyme est une enzyme clé de réponse au stress tel que le stress oxydatif ou les agrégats de protéine. Cette enzyme a déjà été utilisée comme approche thérapeutique dans la MA, HD, et l'AS avec succès. L'objectif de mon travail de doctorat était d'évaluer si CYP46A1 pouvait être une cible pertinente pour la SLA, à la fois pour les patients familiaux et sporadiques, indépendamment de leurs mutations génétiques. Dans le modèle murin sévère SOD1G93A, nous avons surexprimé CYP46A1 via l'injection d'un virus adéno-associé (AAV), l'AAV PHP.eB, qui est capable de traverser la BHE après injection intraveineuse. Dans un premier temps, nous avons confirmé que le vecteur viral PHP.eB avait un tropisme spécifique pour le SNC et particulièrement pour les motoneurones et ce, en injection précoce ou tardive. Dans un second temps, nous avons démontré une préservation des fonctions motrices, à la fois en comportement (électromyogramme, open field, etc…), mais également en histologie (préservation des motoneurones) à la fois pour les animaux traités dans la phase pré-symptomatique ou symptomatique. Par ailleurs, la survie a également été augmentée et la dégradation des muscles a été prévenue (jonction neuromusculaire, atrophie, typage) en comparaison avec les animaux non-traités. Mes résultats suggèrent qu'il est désormais possible d'envisager des approches thérapeutiques de thérapie génique beaucoup moins lourdes et invasives pour des patients déjà très fragiles par ailleurs, mais également qu'une modification de la voie du cholestérol représente une cible intéressante et à considérer dans le développement de futures bi- ou trithérapies dans les formes familiales et/ou sporadiques.

Amyotrophic Lateral Sclerosis (ALS) is the most common motor neuron disease and is characterized by the progressive loss of upper and lower motor neurons, leading to paralysis and death. Accumulation of cholesterol in the central nervous system (CNS) has been reported to actively contribute to the disease progression in Alzheimer's disease, Huntington's disease, Spinocerebellar ataxia and more recently ALS. Cholesterol is essential for myelin compartment, but also for its functional and structural role in plasmatic membrane. However, in the CNS, cholesterol is synthetized in situ and is not able to freely cross the blood brain barrier (BBB). Cholesterol-24-hydroxylase (CYP46A1) allows the conversion of cholesterol to 24-hydroxycholesterol, able to cross the BBB, thus regulating cholesterol homeostasis. Furthermore, this enzyme is a key neuronal stress response such as oxidative stress or protein aggregation. Therefore, we hypothesized that CYP46A1 could be relevant for a therapy in ALS to target both familial and sporadic forms of ALS independently from their genetic origin.In the severe SOD1G93A model, we overexpressed CYP46A1 using a new AAV serotype, the PHP.eB serotype, able to cross the BBB after intravenous injection. As a first step, we confirmed that the AAV-PHP.eB viral vector has a specific tropism for the CNS and especially motoneurons after retroorbital injection, and thus at different lifetime of the mice. Secondary, we demonstrated a significant and prolonged motor rescue (electromyogram, open field, etc…) of animals treated pre or post-symptomatically, as well as an increase of the survival, but also a preventive effect on rapids muscles (neuromuscular junctions, atrophies, type), compared to untreated animals. Overall, my results are suggesting that it is now possible to consider therapeutic approaches of gene therapy less invasive and difficult for patients that are already very fragile, but also that modulation of cholesterol metabolism could be an interesting target to play on, for future bi- or tritherapy in familial and/or sporadic cases.