Impact de l'inhibition de l'activité de la glucocérébrosidase sur les évènements moléculaires associés à la maladie de Parkinson

Impact of glucocerebrosidase activity inhibition on the molecular events associated with Parkinson's disease

• Auteur / Autrice : Marie-Amandine Bonte
• Direction : Karim Belarbi
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Neurosciences
• Date : Soutenance le 12/03/2024
• Etablissement(s) : Université de Lille (2022-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : École graduée Biologie-Santé (Lille ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Lille Neuroscience et Cognition (Lille)
• Jury : Président / Présidente : Stéphane Hunot
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Karim Belarbi, Jean-Christophe Devedjian, Jean-Marc Taymans
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Solange Desagher, Benjamin Dehay

Mots clés

Mots clés contrôlés

Neurones dopaminergiques

Fer

Autophagie

Mort cellulaire

Lysosomes

Glucosylceramidase

étiologie

Maladie de Parkinson

Neurones dopaminergiques

Fer

Autophagie

Mort cellulaire

Lysosomes

Glucocérébrosidase

Étiologie

Maladie de Parkinson

Mots clés libres

Glucocérébrosidase

Maladie de Parkinson

Lysosome

Autophagie

Ferroptose

Neurones dopaminergiques

Glucocerebrosidase

Parkinson's disease

Lysosome

Autophagy

Ferroptosis

Dopaminergic neurons

Résumé

La maladie de Parkinson est une maladie neurodégénérative progressive caractérisée par la perte de neurones dopaminergiques, l’accumulation de lésions intraneuronales nommées corps de Lewy et l’accumulation en fer au niveau de la substance noire. Des mutations touchant le gène GBA, codant pour la glucocérébrosidase lysosomale, ont été associées au risque de survenue de la maladie de Parkinson. La glucocérébrosidase est une enzyme impliquée dans l’hydrolyse des glucosylcéramides en glucose et céramides modifiant ainsi la composition lipidique membranaire. Son activité enzymatique est réduite dans la substance noire des patients atteints par la maladie de Parkinson. Notre travail, articulé selon 3 axes, a visé à mieux comprendre l’implication d’une perte d’activité de la glucocérébrosidase lysosomale dans les évènements moléculaires impliqués dans la mort des neurones dopaminergiques, dans l’activation microgliale et dans la survenue de troubles cognitifs.Plusieurs voies de morts cellulaires ont été décrites comme pouvant être impliquées dans la mort des neurones dopaminergiques de la substantia nigra pars compacta. Ainsi l’apoptose, différentes formes d’autophagie et plus récemment la ferroptose (une mort cellulaire régulée favorisée par une peroxydation lipidique excessive et accélérée par une dyshoméostasie du fer) ont été décrite comme pouvant être critiques dans la mort de ces neurones. Pendant de nombreuses années, les processus sous-jacents ces morts cellulaires semblaient distincts. Cependant, des études plus récentes ont montré que ces voies de morts pouvaient interagir, complexifiant grandement notre compréhension des mécanismes impliqués. Par exemple, divers mécanismes d’autophagie spécifique (ferritinophagie, lipophagie…) altèrent l’homéostasie du fer ou des lipides, modulant ainsi la sensibilité à la ferroptose. Dans un premier axe de recherche, nous avons étudié l’implication de la glucocérébrosidase lysosomale, dans la régulation de la susceptibilité à la ferroptose dans un modèle cellulaire de neurones dopaminergiques, les cellules LUHMES. Pour cela, plusieurs modèles ont été mis en place via une inhibition pharmacologique avec un inhibiteur spécifique de la glucocérébrosidase lysosomale, le conduritol bêta epoxide ou une inhibition génétique, avec l’utilisation de siRNA dirigés contre la glucocérébrosidase. Nous avons montré qu’une inhibition pharmacologique de la glucocérébrosidase de plusieurs jours favorise, de manière transitoire, une protection forte et spécifique de la ferroptose. Nous avons montré que ce phénotype neuroprotecteur était corrélé à (i) une modification de la composition lipidique membranaire, avec une diminution des éther-phosphatidyléthanolamines, une classe de lipides particulièrement impliqués dans la sensibilité à la ferroptose ; et (ii) à une stabilisation de plusieurs facteurs intervenant dans la régulation du métabolisme du fer et des lipides, comme par exemple l’enzyme GPX4 qui est un acteur essentiel de la protection face au stress oxydant lipidique. Ce phénomène semble résulter d’une altération du flux autophagique diminuant la dégradation de GPX4. Ces résultats renforcent l’implication de l’autophagie dans la modulation de la sensibilité à la ferroptose. Dans le second axe de recherche, nous avons souhaité évaluer l’implication d’une perte d’activité de la glucocérébrosidase lysosomale dans l’activation microgliale. L’activation microgliale chronique est impliquée dans de nombreuses atteintes neurodégénératives dont la maladie de Parkinson. Pour cela, nous avons utilisé un modèle microglial, les cellules HMC3, soumis à une inhibition de la glucocérébrosidase lysosomale associée ou non à un facteur pro-inflammatoire. Nous n’avons pas observé de différence dans le profil d’activation microgliale, évalué par l’expression des interleukines 6 et 1β [...]

Parkinson's disease is a progressive neurodegenerative disorder characterised by the loss of dopaminergic neurons, the accumulation of intraneuronal lesions known as Lewy bodies and the accumulation of iron in the substantia nigra. Mutations in the GBA gene, which codes for lysosomal glucocerebrosidase, have been associated with the risk of Parkinson's disease. Glucocerebrosidase is an enzyme involved in the hydrolysis of glucosylceramides into glucose and ceramides, thereby modifying the composition of membrane lipids. Its enzymatic activity is reduced in the substantia nigra of patients with Parkinson's disease. Our work, based on 3 axes, aimed to gain a better understanding of the involvement of a loss of lysosomal glucocerebrosidase activity in the molecular events involved in the death of dopaminergic neurons, in microglial activation and in the onset of cognitive disorders.Several cell death pathways have been described as being involved in the death of dopaminergic neurons in the substantia nigra pars compacta. Apoptosis, various forms of autophagy and, more recently, ferroptosis (a regulated cell death promoted by excessive lipid peroxidation and accelerated by iron dyshomeostasis) have been described as potentially critical in the death of these neurons. For many years, the processes underlying these cell Deaths appeared to be distinct. However, more recent studies have shown that these death pathways may interact, greatly complicating our understanding of the mechanisms involved. For example, various specific autophagy mechanisms (ferritinophagy, lipophagy, etc.) modify iron or lipid homeostasis, thereby modulating sensitivity to ferroptosis.For this first line of research, we studied the involvement of lysosomal glucocerebrosidase in the regulation of susceptibility to ferroptosis in a cellular model of dopaminergic neurons, LUHMES cells. To this end, several models were set up using pharmacological inhibition with a specific inhibitor of lysosomal glucocerebrosidase, conduritol beta epoxide, or genetic inhibition using siRNAs directed against glucocerebrosidase. We have shown that pharmacological inhibition of glucocerebrosidase for several days transiently promotes strong and specific protection of ferroptosis. We showed that this neuroprotective phenotype was correlated with (i) a change in membrane lipid composition, with a reduction in ether-phosphatidylethanolamines, a class of lipids particularly involved in susceptibility to ferroptosis; and (ii) stabilisation of several factors involved in regulating iron and lipid metabolism, such as the GPX4 enzyme, which is an essential player in protection against lipid oxidative stress. This phenomenon seems to result from an alteration in autophagic flux, which reduces the degradation of GPX4. These results reinforce the involvement of autophagy in the modulation of sensitivity to ferroptosis. In the second line of research, we wanted to assess the involvement of a loss of lysosomal glucocerebrosidase activity in microglial activation. Chronic microglial activation is implicated in many neurodegenerative disorders, including Parkinson's disease. We used a microglial model, HMC3 cells, subjected to inhibition of lysosomal glucocerebrosidase with or without a pro-inflammatory factor. We observed no difference in the microglial activation profile, assessed by the expression of interleukins 6 and 1β. Finally, for the third line of research, and to complete this work with an in vivo study, we studied the implication of a loss of glucocerebrosidase activity associated with a pro-inflammatory factor on cognitive functions in C57Bl/6j mice. We observed no difference in spatial reference memory, working memory or anxiety for any of the conditions [...]