Neurobiologie des atteintes centrales et saut d'exon thérapeutique dans un modèle murin de dystrophie musculaire de Duchenne

Neurobiology of central defects and therapeutic exon skipping in a mouse model of Duchenne muscular dystrophy

• Auteur / Autrice : Amel Saoudi
• Direction : Cyrille Vaillend, Aurélie Goyenvalle
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la santé
• Date : Soutenance le 16/03/2023
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Signalisations et réseaux intégratifs en biologie
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des neurosciences Paris-Saclay (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 2015-....) - Institut des Neurosciences Paris-Saclay / NeuroPSI
• Partenaire(s) de recherche : référent : Université Paris-Saclay. Faculté de médecine (Le Kremlin-Bicêtre, Val-de-Marne ; 2020-....)
• Partenaire(s) de recherche : graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Life Sciences and Health (2020-....)
• Jury : Président / Présidente : Micaela Galante
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Micaela Galante, Maaike Van Putten, Rubén Miranda, Stéphanie Daumas
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Maaike Van Putten, Rubén Miranda

Mots clés

Mots clés contrôlés

Myopathie de Duchenne

Lacunes cérébrales

Déficience intellectuelle

Neurobiologie

Mots clés libres

DMD

Neurobiologie

Saut d'exon

Déficience intellectuelle

Trouble neurodéveloppemental

DMD

Neurobiology

Exon skipping

Intellectual disability

Neurodevelopmental disorder

Résumé

La dystrophie musculaire de Duchenne (DMD) est un syndrome neuromusculaire associé à des troubles comportementaux et cognitifs pouvant entraîner une déficience intellectuelle et des troubles neuropsychiatriques (TSA, TDAH, TOC). La nature et la gravité des dysfonctionnements cognitifs et des altérations centrales dépendent de la position des mutations au sein du gène DMD. En effet, cela peut affecter différemment l'expression de plusieurs dystrophines cérébrales codées à partir de promoteurs internes, qui ont des fonctions diverses dans divers types de cellules au cours du développement et dans le cerveau adulte.Ce travail de recherche multidisciplinaire et collaboratif fait partie du projet financé par l'Europe BIND (Behavioural Involvement In Dystrophinopathies). La première partie visait à clarifier les relations génotype-phénotype des anomalies centrales dans cette maladie ainsi que leurs bases moléculaires et neuroanatomiques. La deuxième partie visait à développer des approches thérapeutiques précliniques de saut d'exon pour corriger le gène dmd et restaurer l'expression des dystrophines cérébrales fonctionnelles dans un modèle murin de DMD.Mon projet de thèse a porté sur l'étude d'une souris transgénique (mdx52) porteuse d'une mutation dans une région "hot spot" du gène présentant fréquemment des délétions chez les patients DMD (63%). Des mutations dans cette région entraînent la perte de plusieurs dystrophines centrales (Dp427, Dp260 et Dp140) et sont associées à des troubles neurologiques sévères. En utilisant de multiples paradigmes comportementaux, nous avons montré de sévères altérations des réponses émotionnelles et de la peur conditionnée, ainsi que des déficits sensoriels et de mémoire de reconnaissance plus modérés. Ceci consolide nos connaissances des relations génotype-phénotype et valide la souris mdx52 en tant que modèle fiable pour les études précliniques.De plus, la région "hot spot" du gène DMD est éligible aux approches correctives de saut d'exon. Notre équipe a développé des outils moléculaires de pointe (oligonucléotides antisens ‘tcDNA' et vecteurs viraux ‘AAV-U7') pour étudier le saut d'exon thérapeutique dans le modèle murin mdx52. Les approches de saut d'exon ont déjà démontré leur efficacité pour le traitement de la dystrophie musculaire. Dans la deuxième partie de ce travail, nous avons abordé l'applicabilité de ces outils au système nerveux central (SNC) et déterminé les conditions thérapeutiques adéquates via des injections locales dans le SNC. Nous avons ensuite démontré que ce saut d'exon induit une réexpression partielle de Dp427 qui atténue les troubles émotionnels et améliore les performances de peur conditionnée chez cette souris. Ces résultats prometteurs ouvrent la voie à de futures études visant à mieux comprendre les troubles centraux dans la DMD et à améliorer leur prise en charge thérapeutiques.

Duchenne muscular dystrophy (DMD) is a neuromuscular disease associated with behavioral and cognitive disturbances that can lead to intellectual disability and neuropsychiatric disorders (ASD, ADHD, OCDs). The nature and severity of cognitive dysfunctions and central alterations depend on the position of the mutations within the DMD gene. Indeed, this may differentially affect the expression of several brain dystrophins encoded from internal promoters, which have diverse functions in various cell types during development and in the adult brain.This multidisciplinary and collaborative research work is part of the European funded project BIND (Behavioural Involvement In Dystrophinopathies). The first part aimed to clarify the genotype-phenotype relationships of central defects in this disease as well as their molecular and neuroanatomical bases. The second part aimed to develop preclinical therapeutic exon skipping approaches to correct the dmd gene and restore the expression of functional brain dystrophins in a mouse model of DMD.My thesis project focused on the study of a transgenic mouse (mdx52) carrying a mutation in a "hot spot" region of the gene frequently presenting deletions in DMD patients (63%). Mutations in this region lead to the loss of several central dystrophins (Dp427, Dp260 and Dp140) and are associated with severe brain disorders. Using multiple behavioral paradigms, we showed severe defects in emotional behavior and fear learning, as well as moderate sensory and recognition memory deficits in this model. This strengthens our knowledge of the genotype-phenotype relationships and validates mdx52 as a reliable model for preclinical studies.Moreover, the "hot spot" region of the DMD gene is eligible for corrective exon skipping approaches. Our team developed state-of-the-art molecular tools (“tcDNA” antisense oligonucleotides and “AAV-U7” viral vectors) to study therapeutic exon skipping in the mdx52 mouse model. Exon skipping approaches are already effective in treating the muscular dystrophy. In the second part of this work, we addressed the applicability of these tools to central nervous system (CNS) and determined the adequate therapeutic conditions using local injections to the CNS. We then demonstrated that the exon skipping induces partial Dp427 re-expression and alleviates emotional and fear learning deficits in this mouse.These promising results pave the way for future studies aimed at better understanding the central disorders in DMD and improving their therapeutic management.