Stratégies de thérapie génique à large spectre pour lutter contre la neurodégénérescence dans la maladie de Pelizaeus-Merzbacher : études pré-cliniques dans un modèle murin

Broad-spectrum gene therapy strategies to treat neurodegeneration in Pelizaeus-Merzbacher Disease: preclinical studies in a mouse model

• Auteur / Autrice : Louise Goujon
• Direction : Odile Boespflug, Francoise Piguet
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Physiologie, physiopathologie (ED 562)
• Date : Inscription en doctorat le ; Soutenance le 08/01/2026
• Etablissement(s) : Université Paris Cité
• Ecole(s) doctorale(s) : ED 562 BioScience Paris Cité (BioSPC)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Liliane Massade, Pierre Gressens, Mélina Begou, Marie-anne Colle, Catherine Sarret, Odile Boespflug, Francoise Piguet
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Marie-anne Colle, Catherine Sarret

Mots clés

Mots clés libres

Maladie de Pelizaeus-Merzbacher

Leucodystrophie hypomyélinisante liée à l'X

Gène PLP1

Modèle murin transgénique

Plp-tg66/66

Neurodégénérescence

Souffrance axonale

Thérapie génique

Aav

Pelizaeus-Merzbacher disease

X-linked hypomyelinating leukodystrophy

Proteolipid protein gene

Plp1

Genetic mouse model

Plp-tg66/66

Neurodegeneration

AAV gene therapy

Résumé

La maladie de Pelizaeus-Merzbacher (PMD) représente le prototype du défaut héréditaire de formation de la myéline du système nerveux central (SNC). Cette leucodystrophie hypo-myélinisante liée à l'X est due à des variations pathogènes du gène des protéo-lipoprotéines (PLP1). Ce gène code pour deux protéines majeures de la myéline du SNC, la protéo-lipoprotéine (PLP) et son isoforme épissée DM20. La forme classique de PMD est principalement liée à de larges duplications incluant l'entièreté du gène PLP1 et se caractérise chez les patients de sexe masculin par un trouble du neurodéveloppement liée à une hypomyélinisation précoce et sévère, suivi d'une neurodégénérescence liée à une souffrance axonale sous-jacente. Des modèles de souris transgéniques présentant une variation du nombre de copies du gène PLP1 ont été générées dans les années 1990, parmi lesquels le modèle murin PLP-tg66/66, qui dispose de 14 copies supplémentaires du gène Plp1. Bien que ce modèle présente une hypomyélinisation précoce et sévère comme dans la forme classique de la PMD par surexpression de PLP1 chez l'humain, il a été peu décrit sur le plan phénotypique et peu utilisé dans des études pré-cliniques. La première partie de ce travail a consisté à caractériser phénotypiquement ce modèle par des études comportementales longitudinales, combinées à l'évaluation des conductions nerveuses. Des études immunohistochimiques de la moelle épinière ont été réalisées en parallèle. Nous avons pu démontrer que ce modèle reproduisait les deux phases neurodéveloppementale et neurodégénérative caractéristiques de la PMD, permettant d'établir qu'il s'agissait d'un modèle murin robuste pour des essais thérapeutiques pré-cliniques. Mon équipe d'accueil a pu montrer que des dysfonctionnements mitochondriaux sévères contribuaient à la neurodégénérescence observée dans ce modèle. En complément, j'ai exploré une autre voie métabolique confidentielle d'intérêt. Dans la deuxième partie de ce travail, notre objectif était de tester des stratégies de thérapie génique dans le but de prévenir ou ralentir la neurodégénérescence. Si l'hypomyélinisation représente le mécanisme primaire dans PMD, la souffrance neuro-axonale est un processus secondaire, qui une fois enclenché, évolue de manière indépendante et s'auto-entretient. Le développement de thérapies ciblant spécifiquement la souffrance axonale semble donc nécessaire, en complément de traitements visant à diminuer l'expression du PLP actuellement en développement mais qui nécessitent une action très précoce. Ici, nous avons sélectionné deux voies biologiques confidentielles d'intérêt à partir desquelles diverses stratégies de thérapie génique basées sur des vecteurs AAV, ont été développés et testées dans notre modèle Plp-tg66/66. Pour chaque approche, nous avons procédé à une injection intraveineuse rétro-orbitale à 3 semaines de vie chez les souris Plp-tg66/66 puis réalisé un suivi pondéral hebdomadaire et des tests moteurs à 1 mois et 2 mois de vie. Les souris ont été euthanasiées à 2 mois de vie pour le prélèvement des tissus cibles (cerveau, moelle épinière) et des organes périphériques pour des études histologiques, moléculaires et biochimiques. Les données des souris Plp-tg66/66 traitées ont été comparées à celles des souris Plp-tg66/66 non traitées et à celle de souris contrôles. Nous avons mis en évidence des résultats encourageants avec une amélioration clinique chez les souris Plp-tg66/66 traitées par une de nos stratégies de thérapie génique. L'optimisation de cette approche, pour renforcer le potentiel thérapeutique de cette thérapie, est en cours d'évaluation. Au total, notre étude a démontré que le modèle murin Plp-tg66/66 était un modèle robuste pour des études pré-cliniques dans PMD par surexpression du gène PLP1 et a permis d'identifier de nouvelles approches de thérapie génique prometteuses pour le traitement de la neurodégénérescence dans PMD.

Pelizaeus-Merzbacher Disease (PMD) represents the prototype of inherited defect of central nervous system (CNS) myelin formation. This X-linked hypomyelinating leukodystrophy (OMIM 312080) is due to pathogenic variants in the proteolipid protein gene (PLP1), which encodes PLP1 and its spliced isoform DM20, two major myelin proteins of the central nervous system. The classical form of PMD is mostly linked to large duplications including the entire PLP1 gene and is characterized in male patients by a neurodevelopmental impairment resulting from early and severe hypomyelination, followed by a neurodegenerative stage secondary to the underlying axonal damage. Transgenic mice displaying a variable number of wild-type PLP1 gene extra-copies have been generated in 1990s among which the PLP-tg 66/66 mice, harboring 14 extra copies of the Plp1 gene. However, this genetic PMD mouse model has been poorly described phenotypically and used in preclinical studies, despite its early and severe hypomyelination mimicking the most frequent form of PMD patients linked to PLP1 duplications. In the first section of this study, we characterized the phenotype of this transgenic mouse line PLP-tg66/66 by conducting longitudinal studies of weight, motor and cognitive behaviors in parallel with central nerve conductions and markers of myelination and axonal functions. We showed that this mouse model recapitulates both the neurodevelopmental impairment and the neurodegenerative stages as observed in humans, representing thereby a reliable model to assess preclinical therapeutic trials for PMD due to PLP overexpression. We also investigated a confidential biological pathway potentially underlying neurodegeneration in this model in complement to the mitochondrial dysfunctions already identified by my research team. In the second section of this study, our goal was to develop therapeutic strategies to treat neurodegeneration in PMD. Indeed, while hypomyelination is the primary mechanism of PMD, the underlying neurodegeneration once initiated, becomes an independent and self-perpetuating process. Therefore, treating hypomyelination alone is not sufficient to halt disease progression and the development of therapeutic strategies targeting this axonal suffering in PMD is essential, complementary to strategies of PLP1 silencing which need an early intervention. Here, focusing on two undisclosed biological targets, we developed various intravenous gene therapy strategies, based on intravenous AAV delivery, and investigated them in this PLP-tg66/66 mouse model. For all the tested gene therapies, we proceeded to a retroorbital intravenous injection at 3 weeks of age in the PLP-tg66/66 animals. Subsequently, we assessed weekly weight follow-up and motor skills evaluation at 1 month and 2 months of age. Euthanasia was performed at 2 months, after the last behavioral assessment, to collect CNS and peripheral tissues for molecular, histological, and biochemical analysis. We compared all our data with PLP-tg66/66 non-treated mice and non-affected mouse controls. Our experiments yielded encouraging outcomes, particularly a clinical improvement in the PLP-tg66/66 animals treated with one of our gene therapy approaches, the optimization of which is currently under investigation to enhance its therapeutic potential. Altogether, our results demonstrated that PLP-tg66/66 mouse model is a reliable model to assess preclinical therapeutic trials for PMD due to PLP overexpression and we developed and identified new promising gene therapy approaches for the treatment of neurodegeneration in PMD.