Rebecca Hekking
Equipe Oliet, Neurocentre Magendie

Thèse dirigée par Aude Panatier

Titre
Identification du rôle des vésicules extracellulaires d’origine astrocytaire au cours de la transmission synaptique et de la plasticité synaptique à long terme

Abstract
Le fonctionnement du cerveau repose sur le transfert d’informations de neurone en neurone au niveau de la synapse. Ce transfert d’informations n’est pas immuable et une synapse peut être potentialisée ou inhibée. Des travaux réalisés ces 20 dernières années ont notamment identifié les astrocytes, un type de cellule gliale, comme des partenaires clefs des neurones capables de réguler la transmission synaptique. Plusieurs voies de signalisation permettent aux astrocytes d’influencer le fonctionnement des synapses. Cependant, il existe une autre voie, encore peu explorée, qui pourrait participer à la régulation de la transmission synaptique par les astrocytes : la libération de vésicules extracellulaires.

Les vésicules extracellulaires (VE) sont de petites particules délimitées par une membrane et qui contiennent des molécules bioactives telles que des protéines, des acides nucléiques et des lipides. La plupart des types cellulaires produisent ces vésicules, qui leur permettent d’échanger des composants avec d’autres cellules plus ou moins distantes. L’objectif de cette thèse est d’identifier si les vésicules extracellulaires libérées par les astrocytes jouent un rôle clef dans la régulation de la transmission et de la plasticité synaptique. Pour répondre à cette problématique, nous avons imaginé deux approches complémentaires.

Dans un premier temps, nous avons isolé les VE sécrétées par des astrocytes in vitro afin d’en étudier les conditions de libération et le contenu. Nous avons montré d’une part qu’une stimulation avec de l’ATP induit une augmentation de la quantité de petites VE libérées par les astrocytes sur une période de 30 minutes. De plus le contenu en microARN des VE libérées est modifié par cette même stimulation à l’ATP. Une analyse bioinformatique des cibles de ces microARNs nous a permis de prédire que ce changement de contenu pourrait affecter, entre autres, les voies de signalisation régulant la transmission synaptique dans les cellules réceptrices. Ces modifications semblent être spécifiquement induites par l’ATP, car une exposition auglutamate, un neurotransmetteur excitateur, ou au GABA, un neurotransmetteur inhibiteur, ne modifient
pas la quantité de petites VE libérées par les astrocytes en l’espace de 30 minutes.

Dans un deuxième temps, nous avons étudié l’implication des VE d’origine astrocytaire dans la transmission synaptique in vivo. Pour cela, nous avons créé un virus ciblant spécifiquement les astrocytes de la souris adulte et utilisant l’enzyme Cas9 afin d’invalider un gène impliqué dans la biogénèse des petites VE. Grâce à cet outil, nos résultats préliminaires montrent que l’inhibition de la libération de petites VE d’origine astrocytaire altère la plasticité synaptique dans l’hippocampe de souris mâles.

En conclusion, nos résultats suggèrent que les petites vésicules extracellulaires libérées par les astrocytes pourraient effectivement être impliquées dans la régulation de certaines formes de plasticité synaptique, et qu’il serait intéressant d’explorer d’avantage cette voie de recherche.

Mots-clefs : Système CRISPR-Cas9, Electrophysiologie, Astrocyte, Vésicule extracellulaire, Plasticité synaptique à long terme, Transmission synaptique

Jury
– Mme PANATIER, Aude – DR – Université de Bordeaux – Directrice de thèse
– Mme ESCARTIN, Carole – DR – Université Paris Saclay – Rapporteure
– M. LEFEBVRE, Christophe – PR – Université de Lille – Rapporteur
– Mme MALNOU, Cécile – PR – Université de Toulouse – Examinatrice
– M. DELPECH, Jean-Christophe – CR – Université de Bordeaux – Examinateur
– M. FAVEREAUX, Alexandre – DR – Université de Bordeaux – Invité
Date de la soutenance: 12/12/2024 - 14h00
Lieu: Neurocentre Magendie Seminar room

Pour plus de détails: https://www.bordeaux-neurocampus.fr/event/soutenance-de-these-rebecca-hekking/

Defense in french

Jeflie Tournezy
Team: Oliet, Neurocentre Magendie

Thesis supervisor: Stéphane Chevallier

Title
Therapeutic effects of the Borna virus X protein in SOD1G93A mice

Abstract
Today, Amyotrophic Lateral Sclerosis (ALS) remains an incurable disease for which therapeutic trials have been unsuccessful. It is therefore essential to propose new therapeutic approaches that would slow the progression of the disease and prolong patient survival.

Among the pathophysiological characteristics described, mitochondrial dysfunctions are one of the earliest events and could be the origin of the progressive loss of motor neurons. Restoring mitochondrial functions could therefore constitute a therapeutic area of interest to develop new therapies against this disease.

With this in mind, we were interested in the X protein of the Bornavirus (BDV for Borna Disease Virus). When it targets mitochondria, the X protein inhibits the apoptosis of neurons and protects them from degeneration in an animal model of Parkinson’s disease (Szelechowski et al., 2014). This neuroprotective action of the X protein resides in its last 29 carboxy-terminal amino acids which constitute the PX3 peptide. In addition, a modification to increase the mitochondrial localization of the protein X (XA4 protein) has shown improved neuroprotective effects in vitro.

This thesis aimed to propose a new preclinical therapeutic approach, consisting in protecting motor neurons by using the neuroprotective properties of the Bornavirus X protein.

First, we tested the neuroprotective effects of the X protein and its derived peptide PX3 in a well-characterized model of ALS, the SOD1G93A mice. Administration of the PX3 intranasally and the X intramuscularly via a viral vector (CAV2-X) slowed the progression of the disease and increased the survival of lumbar motor neurons. However, this treatment did not increase the life expectancy of the mice.

Then, we used adeno-associated viruses (AAV) as gene transfer tools. More specifically, we used AAV serotype 10 (AAV10) to administer the gene encoding the X protein (AAV10-X) or its modified form, the XA4 protein (AAV10-XA4) to SOD1G93A mice. We evaluated the effects of these treatments on motor performances, life span, denervation of the neuromuscular junction, and preservation of lumbar and phrenic motor neurons (motor neurons innervating the diaphragm).

Our results show that the X and XA4 proteins slowed the degeneration of lumbar motor neurons. Furthermore, while the X protein delayed the onset of motor deficits, the XA4 protein extended the life expectancy of the animals. The maintenance of motor performances in mice treated with X protein was associated with better preservation of the neuromuscular junction compared to untreated SOD1G93A mice.

In addition, the administration of X or XA4 proteins to SOD1G93A mice blocks the degeneration of phrenic motor neurons, allowing them to return to values like the wild-type group.

Although further investigations are needed to better understand the mechanisms involved in the effects of these proteins, our work demonstrates their certain therapeutic effects, on the extension of the life span, on the preservation of the neuromuscular junction, and the limitation of the degeneration of the spinal motor neurons. These studies open a new therapeutic avenue against ALS.

Key words: amyotrophic lateral sclerosis; SOD1G93A mice; motor neuron degeneration; motor tests; life span

Jury
M. RAOUL, Cédric – Directeur de recherche-Université de Montpellier – INSERM U1051 – rapporteur

Mme BERTRAND, Sandrine – Directrice de recherche-Université de BORDEAUX – examinatrice

M. GOIZET, Cyril – Praticien hospitalier – Bordeaux- examinateur

Mme CHEVALLIER, Stéphanie – Maitre de conférences – Université Bordeaux – directrice de thèse

M. LE MASSON Gwendal Professeur-Praticien hospitalier-Bordeaux-membre invité

Membres invités :

Mme DA CRUZ, Sandrine-Directrice de recherche- Leuven Brain Institute Belgique-examinatrice

M. ROBITAILLE, Richard-Directeur de recherche-Université de Montréal- rapporteur.
Date de la soutenance: 28/11/2024 - 14h00
Lieu: Neurocentre Magendie Seminar room