Étude chez le poisson zèbre de mutations dominantes dans le gène PPP2R5D provoquant un parkinsonisme précoce chez l'humain

Study in zebrafish of dominant mutations in the PPP2R5D gene causing early-onset parkinsonism in humans

• Auteur / Autrice : Annaëlle Redon
• Direction : Claire Wyart, Jacobo Sitt
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Neurosciences
• Date : Inscription en doctorat le 04/11/2024
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Cerveau, cognition, comportement
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut du cerveau et de la moelle épinière
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Sensory Spinal Signaling

Mots clés

Mots clés libres

Parkinson

Neurosciences

Mutations dominantes

Ppp2r5d

Poisson zèbre

Génétique

Parkinson

Neuroscience

Dominant mutations

Ppp2r5d

Zebrafish

Genetics

Résumé

Les mutations dans le domaine conservé de la sous-unité régulatrice de la phosphatase PPP2R5D provoquent une apparition très précoce de la maladie de Parkinson (MP). Les troubles du développement neurologique liés à PPP2R5D sont hérités de manière autosomique dominante. Les troubles neurodéveloppementaux liés à PPP2R5D présentent un large éventail de maladies débilitantes, notamment déficience intellectuelle, épilepsie, troubles du spectre autistique, déficits d'attention, hypotonie, troubles du langage et macrocéphalie (Oyama et al. 2023 ; Levine et Chung 2023). Remarquablement, des mutations ponctuelles spécifiques dans un domaine hautement conservé de PPP2R5D, comme le commun E200K, provoquent une apparition très précoce de la maladie de Parkinson (Kim et al. 2020 ; Hetzelt et al. 2021 ; Walker et al. 2021). Dans ces rapports, les patients étaient décrits comme sensible à la lévodopa (intermédiaire de la production de dopamine permettant compenser le manque), suggérant un dysfonctionnement dopaminergique en association avec des mutations dans le gène PPP2R5D. Les travaux en cours présentés récemment lors d'une conférence ont indiqué dans le modèle murin que le knock-in correspondant montre des anomalies dopaminergiques dans la substance nigra (Villegas et al. 2022), comme cela est fréquemment observé dans la maladie de Parkinson. PPP2R5D code pour un isoforme de la sous-unité régulatrice B'delta de la protéine protéine phosphatase 2A (PP2A). PP2A est une sérine/thréonine phosphatase majeure qui régule déphosphorylation dans de nombreuses cellules (Lechward et al. 2001). PPP2R5D est enrichi au sein du système nerveux central (Uhlén et al. 2015) et joue un rôle essentiel dans la régulation négative la croissance et la prolifération cellulaires (Loveday et al. 2015). L'impact des mutations de ce gène sur la locomotion est encore inconnu. L'usage du modèle du poisson zèbre larvaire transparent permet de détecter efficacement cette mutation, de cartographier l'expression des gènes et les effets des mutations ppp2r5d sur la locomotion. Durant cette thèse l'objectif est de résoudre l'expression de ppp2r5d dans la larve entière et de tester les effets de mutations spécifiques de ppp2r5d sur la structure et le fonctionnement des circuits moteurs. Wyart profitera de son expertise en matière de poisson zèbre pour superviser le doctorant afin qu'il effectue une réaction en chaîne d'hybridation (RCH) du corps entier sur les transcriptions du gène ppp2r5d et enregistre le comportement des animaux chez lesquels ppp2r5d est soit knocked down, knocked out ou remplacé par la variante mutée. Sur la base des données acquises dans le laboratoire de Wyart, les compétences informatiques du laboratoire de Sitt seront utilisées pour surmonter les défis critiques du domaine du poisson zèbre et construire un pipeline qui sera ensuite utilisé pour tous les autres gènes d'intérêt de la MP en : 1) construisant chez les animaux une carte d'expression 3D du gène ppp2r5d dans les circuits moteurs du cerveau et de la moelle épinière 2) quantifiant les changements dans les stratégies motrices lors de l'activation de mutations dominantes dans ppp2r5d. Ensemble, le doctorant supervisé par Sitt et Wyart étudiera l'implication du gène PPP2R5D et ses mutations dominantes dans la pathogenèse du Parkinson précoce (motricité) en utilisant les avantages qu'offre le modèle du poisson zèbre au stade larvaire.

Mutations in the conserved domain of the phosphatase regulatory subunit PPP2R5D cause very early onset of Parkinson's disease (PD). PPP2R5D-related neurodevelopmental disorders are inherited in an autosomal dominant manner. PPP2R5D-related neurodevelopmental disorders present with a wide range of debilitating conditions, including intellectual disability, epilepsy, autism spectrum disorders, attention deficits, hypotonia, language impairment, and macrocephaly (Oyama et al. 2023; Levine and Chung 2023). Remarkably, specific point mutations in a highly conserved domain of PPP2R5D, such as the common E200K, cause very early onset of Parkinson's disease (Kim et al. 2020; Hetzelt et al. 2021; Walker et al. 2021). In these reports, patients were described as levodopa-sensitive (an intermediate in dopamine production that compensates for withdrawal), suggesting dopaminergic dysfunction in association with mutations in the PPP2R5D gene. Ongoing work presented recently at a conference indicated in the mouse model that the corresponding knock-in shows dopaminergic abnormalities in the substantia nigra (Villegas et al. 2022), as is frequently observed in Parkinson's disease. PPP2R5D encodes an isoform of the B'delta regulatory subunit of protein phosphatase 2A (PP2A). PP2A is a major serine/threonine phosphatase that regulates dephosphorylation in many cells (Lechward et al. 2001). PPP2R5D is enriched in the central nervous system (Uhlén et al. 2015) and plays a key role in negatively regulating cell growth and proliferation (Loveday et al. 2015). The impact of mutations in this gene on locomotion is still unknown. The use of the transparent larval zebrafish model allows to efficiently detect this mutation, map gene expression and the effects of ppp2r5d mutations on locomotion. During this thesis the objective is to resolve the expression of ppp2r5d in the whole larva and to test the effects of specific mutations of ppp2r5d on the structure and function of motor circuits. Wyart will leverage his expertise in zebrafish to supervise the PhD student to perform whole-body hybridization chain reaction (HCR) on ppp2r5d transcripts and record the behavior of animals in which ppp2r5d is either knocked down, knocked out, or replaced by the mutated variant. Based on the data acquired in Wyart's lab, the computational expertise of Sitt's lab will be used to overcome critical challenges in the zebrafish field and build a pipeline that will then be used for all other PD genes of interest by: 1) constructing a 3D expression map of the ppp2r5d gene in animals in the motor circuits of the brain and spinal cord 2) quantifying changes in motor strategies upon activation of dominant mutations in ppp2r5d. Together, the doctoral student supervised by Sitt and Wyart will study the involvement of the PPP2R5D gene and its dominant mutations in the pathogenesis of early-onset (motor) Parkinson's using the advantages offered by the larval stage of the zebrafish model.