Le domaine riche en cystéine de MuSK dans la myasthénie auto-immune

MuSK cystein rich domain in autoimmune myasthenic syndrome

• Auteur / Autrice : Marius Halliez
• Direction : Laure Strochlic
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie cellulaire et développement
• Date : Soutenance le 31/03/2023
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Complexité du vivant (Paris ; 2009-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de recherche en myologie (Paris ; 2014-....)
• Jury : Président / Présidente : Ann Lohof
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Suzie Lefebvre, Rozen Le Panse
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Frédéric Charbonnier, Laurent Schaeffer

Mots clés

Mots clés contrôlés

Transmission neuromusculaire

Protéines Wnt

Plaque motrice

Physiopathologie

Myasthénie

Mots clés libres

Jonction neuromusculaire

MuSK

Myasthénie autoimmune

Neuromuscular junction

MuSK

Myasthenia Gravis

Résumé

La synapse périphérique établie entre la terminaison d'un axone moteur et une fibre musculaire striée squelettique est appelée jonction neuromusculaire (JNM). La formation, la maturation ainsi que la maintenance de la JNM sont des processus finement régulés dans le temps et l'espace. L'ensemble de ces phénomènes nécessite une communication dynamique entre les différents compartiments cellulaires qui composent la JNM. La rupture totale ou partielle de ces signalisations trans-synaptiques mène à des altérations morpho-fonctionnelles de la JNM à l'origine des pathologies neuromusculaires. Ces maladies graves, parmi lesquelles, les syndromes myasthéniques congénitaux ou la myasthénie grave (MG), impactent fortement les fonctions motrices et menacent la vie des patients. Même si les outils de diagnostic de ces pathologies sont bien connus, la compréhension des mécanismes moléculaires et cellulaires impactés est encore incomplète et les traitements disponibles limités. Afin de mettre au point de nouvelles stratégies thérapeutiques, il est nécessaire de mieux caractériser les signalisations impliquées dans la connectivité neuromusculaire. L'ensemble des étapes de mise en place de la JNM nécessite la présence et l'activité d'un complexe de récepteurs clés ancrés dans la membrane musculaire. Il est composé du récepteur à activité tyrosine kinase MuSK (Muscle Specific Kinase) et de son co-récepteur Lrp4 (Low density lipoprotein receptor-related 4). Ce complexe est activé par plusieurs ligands parmi lesquels, l'Agrine libérée par la terminaison motoneuronale ainsi que les glycoprotéines Wnt. De cette activation découle l'agrégation des récepteurs à l'acétylcholine (RACh) dans la zone synaptique de la cellule musculaire, un phénomène caractéristique de la différenciation post-synaptique. Les précédents travaux réalisés par l'équipe ont permis de mettre en évidence l'implication d'un réseau de signalisations Wnt à la JNM, notamment médiées par le domaine riche en cystéines (CRD) de MuSK correspondant au domaine de liaison des Wnt. Même si l'étude des animaux chez lesquels le CRD de MuSK est absent (MuSKΔCRD) a révélé des défauts morphologiques et fonctionnels importants de la JNM, cette mutation ne menace pas la survie des animaux contrairement à la délétion de Lrp4, de MuSK ou de l'Agrine. La MG est une maladie auto-immune causée par la présence d'anticorps qui ciblent, dans 85% des cas, le RACh. On retrouve dans une faible proportion de patients, des anticorps dirigés contre MuSK, ciblant habituellement le domaine Ig1 impliqué dans la signalisation Agrine. Cependant, trois études ont mis en évidence la présence d'anticorps se liant spécifiquement au CRD de MuSK chez des patients atteints de MG sans que l'on sache si ces anticorps sont pathogéniques et capables d'induire la maladie. La caractérisation de ces anticorps et la démonstration de leur potentiel pathogène représente donc un élément important dans la compréhension des mécanismes physiopathologiques sous-jacents de la myasthénie. Dans ce contexte, mes travaux de thèse ont porté sur la démonstration de la pathogénicité des anticorps anti-CRD de MuSK. Mes résultats ont montré que l'injection d'anticorps ciblant le CRD de MuSK mène à l'apparition d'un phénotype myasthénique chez la souris. Via un large éventail d'expériences de biologie cellulaire, biochimie et d'électrophysiologie, j'ai montré que les symptômes cliniques étaient accompagnés de graves défauts de structure de la JNM et de neurotransmission. Sur le plan mécanistique, mes travaux ont prouvé que la présence de ces anticorps mène à la rupture de l'interaction entre Lrp4 et MuSK inhibant ainsi l'agrégation des RACh induite par l'Agrine. L'ensemble de cette étude permet de mettre en évidence une nouvelle signalisation impactée dans un contexte de MG, de mieux comprendre la pathogénicité du CRD de MuSK et participe à l'adaptation des traitements alloués aux patients en fonction de leur étiologie.

The peripheral synapse established between the end terminal of a motor neuron and a skeletal muscle fiber is the neuromuscular junction (NMJ). Formation, maturation and maintenance of the NMJ are finely tuned in time and space. These processes require a dynamic communication between all the cellular compartments of the NMJ. Total or partial disruption of this trans-synaptic signaling result in morpho-functional defects responsible for neuromuscular disorders. These pathologies, including the congenital myasthenic syndromes and the auto-immune myasthenia gravis (MG), deeply impact motor function in patients and threaten their life. Even though diagnostic tools are well established, the cellular and molecular mechanisms are yet poorly understood and available treatments are limited. In order to develop new promising therapeutic strategies, it is critical to better characterize all the signaling pathways involved in neuromuscular connectivity. NMJ formation relies on the presence and activity of a complex of key receptors anchored in the muscle membrane. This complex is composed of the tyrosine kinase receptor MuSK (Muscle Specific Kinase) and its co-receptor Lrp4 (Low density lipoprotein receptor-related 4) and is activated by different ligands including the nerve-derived Agrin and Wnt glycoproteins. Activation of this complex leads to acetylcholine receptor (AChR) clustering in the muscle synaptic area, a hallmark of post-synaptic differentiation. Previous studies from our group showed the implication of a network of Wnt pathways at the NMJ, partly signaling through the Wnt-binding cysteine rich domain (CRD) of MuSK. Even if mouse model in which MuSK is deleted from its CRD (MuSKΔCRD) display important morphological and functional defects, this mutation is compatible with life as opposed to Lrp4, MuSK or Agrin deletion. MG is an auto-immune disorder caused by antibodies targeting, in 85% of cases, the AChR. A small percentage of patient harbor antibodies against MuSK, usually against its Ig1 domain, involved in Agrin signaling. Three recent studies revealed MG patients carrying MuSK CRD targeting antibodies but whether these antibodies are pathogenic remains unknown. Characterization of their pathogenicity remains crucial to better understand the pathophysiological mechanisms leading to MG. In this context, my thesis work aims at demonstrating the pathogenicity of CRD MuSK antibodies. My results showed that injection of antibodies targeting MuSK CRD leads to a myasthenic-like phenotype in mouse. Using a large array of cell biology, biochemistry and electrophysiological experiments, I showed that the clinical symptoms were accompanied by important structural and neurotransmission defects at the NMJ. Mechanistically, my work proved that antibodies against MuSK CRD are responsible for Lrp4-MuSK interaction disruption ultimately leading to inhibition of Agrin-induced AChR clustering. Altogether, this study unravels a new pathway affected in MG, participates to a better understanding of MuSK CRD implication in this pathology and helps treatment adaptation regarding patients etiology.