Étude spatio-temporelle de la dynamique de réplication du prion par des approches ex-vivo

Spatiotemporal study of prion replication dynamics using ex-vivo methods

• Auteur / Autrice : Camille Zany
• Direction : Vincent Béringue, Angélique Igel
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Sciences de la vie et de la santé
• Date : Inscription en doctorat le 01/09/2024
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Agriculture, alimentation, biologie, environnement, santé (Paris ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Virologie et immunologie moléculaire (VIM)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : VIM - Equipe MAP² (Macro-assemblages Protéiques et Maladies à Prion
• Partenaire(s) de recherche : Référent : AgroParisTech (France ; 2007-....)

Mots clés

Mots clés libres

Prions

Neurobiologie

Maladie neurodégénérative

Prions

Neurobiology

Neurodegenerative disease

Résumé

Les prions sont des agents pathogènes qui affectent une grande variété de mammifères, y compris l'Homme. Classés parmi les 10 maladies infectieuses prioritaires par le Haut Conseil de la Santé Publique, les prions sont constitués uniquement de conformations anormales et auto-agrégées de la protéine PrPC de l'hôte. Leur accumulation dans le cerveau entraîne la dégénérescence des neurones du système nerveux central et la mort des individus atteints. Possédant les mêmes capacités d'adaptation, de réplication et d'évolution que les pathogènes conventionnels, les prions sont en constante émergence. Au cours des 20 dernières années, plus d'une dizaine de nouvelles souches de prions ont été décrites chez les mammifères. Les souches de prions se distinguent par leurs caractéristiques biochimiques et pathobiologiques. Le temps de survie, la distribution des lésions dans le système nerveux central et les aires cérébrales d'accumulation de la PrPSc sont des critères spécifiques à une souche. Ces propriétés sont codées dans la structure des assemblages de PrPSc, ce qui leur confère des propriétés réplicatives et cytopathogènes distinctes. Il a précédemment été décrit que, au sein d'une même souche, des assemblages structurellement distincts de PrPSc émergent au cours de la pathogénie dans le même environnement réplicatif via une voie de réplication secondaire. Cette diversification structurelle est à l'origine de la formation d'un « conformome » qui constitue in fine une souche de prion. Il a également été démontré par des approches in vitro et in vivo que la réplication du prion se fait en au moins deux étapes : tout d'abord, des oligomères hautement infectieux sont générés. Cet assemblage est ensuite transformé par un événement autocatalytique secondaire en un assemblage plus large, présentant des propriétés biologiques spécifiques. Ces résultats ont profondément modifié le paradigme mécanistique commun précédemment utilisé pour décrire le processus de réplication des prions. Mais l'impact de ce mécanisme en deux étapes sur la propagation du prion dans le cerveau n'a jamais été pris en compte pour élucider la neuroinvasion du prion spécifique à la souche. Au niveau du tissu cérébral, le cadre actuel du paradigme du prion ne décrit pas le processus de neuroinvasion ni le déterminisme de souche. Les assemblages responsables de la dissémination ne sont pas caractérisés structurellement et leur mécanisme de propagation le long du connectome neuronal reste mal compris. Cette méconnaissance se traduit par l'absence de traitement. Les tranches organotypiques de cerveau et les organoïdes cérébraux représentent des outils expérimentaux très puissants pour étudier les processus neurophysiologiques à l'échelle du réseau neuronal. En utilisant ces modèles ex-vivo pour répliquer le prion, l'objectif de cette thèse est d'étudier les prions sous un angle jamais envisagé auparavant, en examinant pour la première fois le lien entre la dynamique de réplication et la réponse tissulaire, afin de construire un nouveau modèle moléculaire capable de décrire le phénomène de neuroinvasion spécifique à la souche des prions.

Prions are pathogens that affect a wide variety of mammals, including humans. Classified as one of the 10 priority infectious diseases by the French High Council for Public Health, prions consist solely of abnormal, self-aggregating conformations of the host protein PrPC. Their accumulation in the brain leads to the degeneration of central nervous system neurons and the death of affected individuals. Possessing the same capacity for adaptation, replication and evolution as conventional pathogens, prions are constantly emerging. Over the past 20 years, more than a dozen new prion strains have been described in mammals. Prion strains are distinguished by their biochemical and pathobiological characteristics. Survival time, distribution of lesions in the central nervous system (CNS), and brain areas of PrPSc accumulation are strain-specific criteria. These properties are encoded in the structure of PrPSc assemblies, giving them distinct replicative and cytopathogenic properties. It has previously been described that, within a single strain, structurally distinct PrPSc assemblies emerge during pathogenesis in the same replicative environment via a secondary replication pathway. This structural diversification is at the origin of the formation of a ''conformom'', which ultimately constitutes a prion strain. In vitro and in vivo approaches have also demonstrated that prion replication takes place in at least two stages: firstly, highly infectious oligomers are generated. This assembly is then transformed by a secondary autocatalytic event into a larger assembly with specific biological properties. These results have profoundly altered the common mechanistic paradigm previously used to describe the prion replication process. But the impact of this two-step mechanism on prion propagation in the brain has never been taken into account to elucidate strain-specific prion neuroinvasion. At the level of brain tissue, the current framework of the prion paradigm does not describe the neuroinvasion process or strain determinism. The assemblies responsible for dissemination are not structurally characterized, and their mechanism of propagation along the neuronal connectome remains poorly understood. This lack of knowledge results in the absence of treatment. Organotypic brain slices and cerebral organoids represent very powerful experimental tools for studying neurophysiological processes at the scale of the neuronal network. By using these ex-vivo models to replicate prion, the aim of this thesis is to study prions from a perspective never before considered, for the first time examining the link between replication dynamics and tissue response, in order to build a new molecular model capable of describing the phenomenon of prion strain-specific neuroinvasion.