Évaluation du récepteur cannabinoïde CB1 comme cible thérapeutique dans un modèle d'autisme et du syndrome de Phelan-McDermid des souris déficientes pour Shank3

Evaluating the cannabinoid CB1 receptor as a therapeutic target in a Shank3 mouse model of autism and Phelan-McDermid syndrome

• Auteur / Autrice : Flavio Tomasi
• Direction : Catalina Betancur
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Neurosciences
• Date : Soutenance le 13/06/2023
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Cerveau, cognition, comportement (Paris ; 1992-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Neurosciences Paris-Seine (2014-2024)
• Jury : Président / Présidente : Giovanni Marsicano
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Rafael Maldonado
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Camilla Bellone, Mara Dierssen
• DOI : 10.70675/168ba067z7515z4a98z95cezf7357c079f90

Mots clés

Mots clés contrôlés

Délétion (génétique)

Neurotransmetteurs

Troubles du spectre de l'autisme

Thérapeutique

Cannabinoïdes

Souris de laboratoire

Mots clés libres

Shank3

Système endocannabinoïde

Syndrome de Phelan-McDermid

Trouble du spectre autistique

Modèle murin

Approche thérapeutique

Shank3

Endocannabinoid system

Phelan-McDermid syndrome

Autism spectrum disorder

Mouse model

Therapeutic approach

Résumé

Le trouble du spectre autistique (TSA) est caractérisé par une grande hétérogénéité clinique et génétique. Des mutations dans de nombreux gènes impliqués dans l'autisme et autres troubles neurodéveloppementaux entrainent un dysfonctionnement synaptique avec un déséquilibre de la neurotransmission excitatrice et inhibitrice (E/I) qui serait à l'origine des manifestations neurocomportementales observées dans le TSA. Ainsi, le rétablissement de la balance E/I constitue une approche thérapeutique prometteuse pour différentes formes génétiques du TSA. Le système endocannabinoïde est un modulateur clé de l'excitabilité neuronale et de la plasticité synaptique et pourrait ainsi réguler le déséquilibre E/I. L'objectif de ce travail de thèse a été d'évaluer le système endocannabinoïde, et plus particulièrement l'inhibition du récepteur CB1, comme cible thérapeutique chez les souris déficientes pour Shank3, un modèle de TSA. Nous avons utilisé un modèle optimisé, avec une délétion des exons 4-22 conduisant à une perte complète du gène. SHANK3 est l'un des gènes les plus fréquemment mutés dans le TSA, et sa perte cause le syndrome de Phelan-McDermid (PMS), caractérisé par une déficience intellectuelle, des troubles du langage, un TSA, une hypotonie et des déficits moteurs. Il n’existe actuellement aucun traitement pour ce syndrome. Nous avons d'abord évalué les effets du rimonabant, un antagoniste du récepteur CB1, sur le phénotype comportemental des souris Shank3. L'administration de rimonabant pendant 7 jours améliore les déficits d'apprentissage et de mémoire dans la tâche de reconnaissance d'objet chez les souris hétérozygotes et knock-out (KO) des deux sexes, ainsi que les déficits de coordination motrice dans le rotarod chez les souris KO. En revanche, l’hypolocomotion des souris KO est restée inchangée. Le rimonabant ne pouvant pas être utilisé en clinique en raison d'effets adverses importants, nous avons testé un nouveau composé développé pour usage clinique par la société Aelis Farma, l'AEF0217, qui agit comme un inhibiteur de signalisation spécifique du récepteur CB1, en bloquant la voie MAPK. L'administration orale d'AEF0217 pendant au moins 7 jours normalise la reconnaissance d'objets chez les souris hétérozygotes et KO et améliore la coordination motrice et le déficit d'enfouissement de billes chez les animaux KO. Par contre, le traitement avec l'AEF0217 n’améliore pas l’hypolocomotion des souris KO. En outre, le traitement ne modifie pas le phénotype des souris sauvages. Nous avons également exploré les effets de l'AEF0217 sur les propriétés électrophysiologiques des neurones pyramidaux du cortex préfrontal et observé une hyperexcitabilité avec une réduction du temps de décroissance des potentiels d'action chez les souris KO, corrigés par le traitement. Par ailleurs, afin d'évaluer les conséquences de la déficience pour Shank3 dans le système endocannabinoïde, nous avons mesuré les niveaux des endocannabinoïdes et de récepteurs CB1 dans plusieurs régions du cerveau et n'avons observé aucune altération. En conclusion, nos résultats montrent que l'inhibition du récepteur CB1 renverse un ensemble de phénotypes chez les souris déficientes pour Shank3 révélant ainsi le potentiel thérapeutique de l'AEF0217 pour le PMS. Les effets du traitement sur l'hyperexcitabilité corticale, un phénotype observé dans de nombreux modèles de TSA, suggèrent un potentiel plus large qui pourrait inclure d'autres formes génétiques de TSA. L'AEF0217 a récemment fait l'objet d'une étude clinique de phase 1, confirmant son profil d'innocuité chez des volontaires sains et la possibilité de mener une étude clinique pour le PMS.

Autism spectrum disorder (ASD) is a neurodevelopmental disorder (NDD) characterized by deficits in social communication and interaction, repetitive behaviours and restricted interests, with a strong genetic basis. Defects in many genes implicated in ASD and other NDDs lead to synaptic alterations that create an imbalance between excitatory and inhibitory (E/I) neurotransmission. This E/I imbalance is thought to be at the origin of the neurobehavioural manifestations observed in ASD. Thus, restoring a normal E/I ratio constitutes a promising therapeutic approach for different molecular forms of ASD. The endocannabinoid system, a key modulator of neuronal excitability and synaptic plasticity, can regulate the E/I imbalance and has already shown promise as a therapeutic target in several NDDs. The aim of this thesis was to assess the endocannabinoid system, and particularly the inhibition of the CB1 receptor, as a therapeutic target in a Shank3 mouse model of ASD. We used an optimized model with a deletion of exons 4-22 leading to complete gene disruption. SHANK3 is one of the more commonly mutated genes in ASD and its loss results in Phelan-McDermid syndrome (PMS), a rare genetic disorder characterized by intellectual disability, speech deficits, ASD, hypotonia and motor deficits. The lack of specific treatments for PMS patients drives the need to explore novel therapeutic approaches. We first tested the effects of rimonabant, a CB1 receptor antagonist, on the behavioural phenotype of Shank3-deficient mice. Intraperitoneal administration of rimonabant for seven days rescued learning and memory deficits in the novel object recognition task in heterozygous and knock-out (KO) mice of both sexes and improved motor coordination in the rotarod in KO mice. Rimonabant did not modify the hypolocomotion in KO mice. Since rimonabant cannot be used in patients because of serious side effects, we subsequently tested a novel compound developed for clinical use by the company Aelis Farma, AEF0217, which acts as a specific signalling inhibitor of the CB1 receptor, blocking the MAPK pathway. Oral administration of AEF0217 for at least seven days normalized object recognition in heterozygous and KO mice and improved motor coordination and marble burying deficits in KO animals. AEF0217 did not rescue the hypolocomotion in KO mice. In addition, the treatment with AEF0217 did not alter the phenotype of wild-type mice. We also explored the effects of AEF0217 on the electrophysiological properties of pyramidal neurons of the prefrontal cortex of Shank3 KO and wild-type mice. We observed a marked hyperexcitability and reduced decay time of action potentials in KO mice that were reversed by AEF0217. The latter phenotype is mediated by voltage-gated potassium channels of the initial segment of axons, suggesting a possible mechanism underlying the effects of the treatment. To assess the consequences of Shank3 deficiency in the endocannabinoid system, we measured the levels of endocannabinoids and CB1 receptors in several brain regions and observed no alterations. Experiments are ongoing to assess the effects of AEF0217 in dendritic arborization and spines in prefrontal glutamatergic neurons and search for possible targets of AEF0217 using RNAseq. Taken together, our results indicate that the inhibition of the CB1 receptor reverses a subset of core phenotypes in Shank3-deficient mice, including deficits in cognition and motor coordination, revealing the therapeutic potential of AEF0217 in PMS. The effects of the treatment on cortical hyperexcitability, a phenotype observed in many models of ASD, suggest a broader potential that could include other genetic forms of ASD. AEF0217 did not show any toxicity or side effects in pre-clinical studies and was recently tested in a phase 1 clinical trial, confirming its safety profile in healthy volunteers, and the possibility to conduct a clinical trial for PMS.