Impacts de la modulation du cholestérol cérébral dans la maladie de Parkinson

Impacts of modulation of cerebral cholesterol in Parkinson's disease

• Auteur / Autrice : Lisa Rousselot
• Direction : Corinne Guérin, Nathalie Cartier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biothérapie
• Date : Soutenance le 19/12/2023
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Innovation thérapeutique : du fondamental à l'appliqué (Châtenay-Malabry, Hauts-de-Seine ; 2015-....)
• 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 Life Sciences and Health (2020-….)
• Jury : Président / Présidente : Marie Vidailhet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Olga Corti, Jean-Marc Lobaccaro, Marie-Christine Chartier-Harlin
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Olga Corti, Jean-Marc Lobaccaro

Mots clés

Mots clés contrôlés

Alpha-synucléine

Cholestérol

Maladie de Parkinson

Thérapie génique

Mots clés libres

Thérapie génique

Cholestérol

Alpha-Synucléine

Parkinson

Neuromélanine

Gene therapy

Parkinson

Alpha-Synuclein

Cholesterol

Neuromelanin

Résumé

La maladie de Parkinson (MP) est la maladie neurodégénérative liée à l'âge la plus répandue après la maladie d'Alzheimer. En conséquence, sa prévalence passe de 1% de la population âgée de 50 à 59 ans à 10% de celle âgée de 70 à 79 ans en Europe, en Asie et en Amérique du Nord. Une estimation préoccupante prévoit que le nombre de cas de MP pourrait doubler d'ici 2030 pour atteindre environ 9 millions, alors qu'il n'existe pas de traitement curatif de la MP. Son diagnostic clinique est assez fiable et doit inclure une bradykinésie et au moins une rigidité musculaire, des tremblements au repos ou des troubles posturaux. La MP s'accompagne également de manifestations non motrices. Les critères pathologiques actuels de la MP exigent à la fois la perte dans la substantia nigra (SN) pars compacta (SNpc) des neurones contenant le pigment neuromélanine (NM) et produisant de la dopamine, et une pathologie à corps de Lewy (LB). Les LB sont des inclusions sphériques dans le corps cellulaire des neurones, dont une protéine, l'alpha-synucléine (ɑSyn), est le principal composant. Une mutation ponctuelle du gène SNCA (A53T) codant pour l'ɑSyn a été la première à être identifiée comme cause de la MP en 1997. D'autres variants des gènes LRRK2, VPS35, PRKN, PINK1, GBA et DJ-1 sont associées de manière convaincante à la MP, mais n'expliquent qu'environ 5 à 10 % des formes de MP. 90 variants génétiques plus courants, qui n'augmentent que légèrement le risque de développer la MP, ont été identifiés par la suite, ainsi que des facteurs environnementaux. L'agrégation de l'ɑSyn dans les LB et sa propagation d'une cellule à l'autre semblent être à l'origine de la majorité des formes idiopathiques de la MP, mais de plus en plus de preuves indiquent qu'un dysfonctionnement synaptique de la transmission dopaminergique puisse précéder la neurodégénérescence. L'ɑSyn joue un rôle vésiculaire présynaptique crucial dans la transmission dopaminergique dans des conditions physiologiques. Une dyshoméostasie lipidique à laquelle les régions cérébrales touchées sont sensibles a été proposée parmi les facteurs de risque de développer la MP. Étant donné le rôle crucial du cholestérol médié par sa présence dans la membrane des neurones dans de nombreuses fonctions, et les rôles physiologiques de l'ɑSyn, une altération de l'équilibre du cholestérol a rapidement été suggérée comme une composante majeure de la dyshoméostasie lipidique. Nous avons émis l'hypothèse qu'une diminution du catabolisme du cholestérol cérébral pourrait être à l'origine de la MP. Nous montrons que la cholestérol-24-hydroxylase (ou CYP46A1), enzyme responsable de la principale voie d'élimination du cholestérol du cerveau, est réduite dans les régions cérébrales affectées des patients atteints de la MP et dans des modèles murins permettant d'imiter la pathologie. Les modèles murins comprennent l'injection périphérique d'une neurotoxine, la N-méthyl-4-phényl-1,2,3,6-tétrahydropyridine (MPTP), la surexpression par thérapie génique à l'aide de vecteurs viraux adéno-associés (AAV) de l'ɑSyn mutée A53T et de la tyrosinase conduisant à l'accumulation respective de l'ɑSyn et de la NM, et à la neurodégénérescence. La restauration du métabolisme cérébral du cholestérol par un AAV-CYP46A1 réduit l'agrégation pathologique d'ɑSyn et de NM dans le mésencéphale ventral. Ces changements au niveau cellulaire préviennent les endophénotypes de la MP, tels que la neurodégénérescence nigrostriatale et l'apparition de symptômes moteurs, et prolongent la survie des modèles de souris. De façon intéressante, la modulation seule du cholestérol cérébral dans la SN des souris semble également provoquer une perturbation synaptique. Ces résultats, qui continuent d'être étudiés dans deux modèles primates non humains analogues aux modèles souris ɑSyn A53T et tyrosinase, ont montré que l'AAV-CYP46A1 pouvait induire une neuroprotection dans le contexte de la MP.

Parkinson's disease (PD) is the most common age-related neurodegenerative disease after Alzheimer's disease. As a result, its prevalence is rising from 1% of the population aged 50-59 to 10% of those aged 70-79 in Europe, Asia, and North America. A worrying estimate predicts that the number of cases of PD could double by 2030 to around 9 million, although there is no cure for PD. Its clinical diagnosis is reliable and must include bradykinesia and at least muscular rigidity, tremors at rest or postural disorders. PD is also accompanied by non-motor manifestations. The current pathological criteria for PD require both the loss in the substantia nigra (SN) pars compacta (SNpc) of neurons containing the neuromelanin (NM) pigment and producing dopamine, and Lewy body (LB) pathology. LBs are spherical inclusions in the cell body of neurons, of which a protein, alpha-synuclein (ɑSyn), is the main component. A point mutation in the SNCA gene (A53T) encoding ɑSyn was the first to be identified as the cause of PD in 1997. Other variants in the LRRK2, VPS35, PRKN, PINK1, GBA and DJ-1 genes are convincingly associated with PD but explain only around 5-10% of PD. 90 more common genetic variants, which only slightly increase the risk of developing PD, were subsequently identified, along with environmental factors. Aggregation of ɑSyn in LBs and its spread from cell to cell appear to underlie most idiopathic forms of PD, but there is increasing evidence that synaptic dysfunction of dopaminergic transmission may precede neurodegeneration. ɑSyn plays a crucial presynaptic vesicular role in dopaminergic transmission under physiological conditions. Lipid dyshomeostasis to which affected brain regions are susceptible has been proposed as a risk factor for developing PD. Given the crucial role of membrane-mediated cholesterol in many neuronal functions, and the physiological roles of ɑSyn, altered cholesterol balance was quickly suggested as a major component of lipid dyshomeostasis. We hypothesized that a decrease in cerebral cholesterol catabolism could be at the origin of PD. We show that cholesterol-24-hydroxylase (or CYP46A1), the enzyme responsible for the main pathway for eliminating cholesterol from the brain, is reduced in the affected brain regions of PD patients and in mouse models of the disease. The mouse models include peripheral injection of a neurotoxin, N-methyl-4-phenyl-1,2,3,6-tetrahydropyridine (MPTP), overexpression by gene therapy using adeno-associated viral (AAV) vectors of the ɑSyn mutated A53T and tyrosinase leading to accumulation of ɑSyn, NM, and neurodegeneration respectively. Restoration of cerebral cholesterol metabolism by AAV-CYP46A1 reduces pathological aggregation of ɑSyn and NM in the ventral midbrain. These changes at the cellular level prevent PD endophenotypes, such as nigrostriatal neurodegeneration and the onset of motor symptoms and prolong the survival of mouse models. Interestingly, modulation of brain cholesterol alone in the SN of mice also appears to cause synaptic disruption. These results, which continue to be studied in two non-human primate models analogous to the ɑSyn A53T and tyrosinase mouse models, showed that AAV-CYP46A1 could induce neuroprotection in the context of PD.