Avis de soutenance - doctorat - Liriopé TOUPENET | École Pratique des Hautes Études

Soutenue par Liriopé TOUPENET

Approche de la physiopathologie des paraplégies spastiques par l'étude de modèles murins

Les paraplégies spastiques héréditaires sont un ensemble de maladies génétiques rares caractérisées par une dégénérescence du faisceau cortico-spinal entrainant une spasticité des membres inférieurs chez les patients. Au cours de ma thèse, j'ai travaillé sur deux formes sévères de ces maladies : la paraplégie spastique de type 11 (SPG11) et la paraplégie spastique de type 58 (SPG58). Afin de contribuer à la compréhension des mécanismes pathologiques à l'œuvre dans ces deux pathologies, j'ai eu accès à des modèles murins de ces paraplégies spastiques. Une première partie des travaux de cette thèse porte donc sur l'analyse de données issues d'un séquençage du transcriptome (RNAseq) de souris Spg11-/- et sauvages. Le séquençage RNAseq a été réalisé à différents âges (6 semaines, 4 mois et 8 mois) et dans différentes structures cérébrales (cervelet, cortex et hippocampe) afin de décrypter la progression de la pathologie. J'ai cherché les voies cellulaires significativement dérégulées chez les souris Spg11-/-. L'analyse a montré des dérégulations dans des processus biologiques préalablement identifiés comme perturbés dans des modèles de Spg11, telles qu'une augmentation de la réponse inflammatoire, ou encore des dérégulations de processus cellulaires impliqués dans le neurodéveloppement. Mais elle a aussi permis d'identifier des nouveaux mécanismes cellulaires impactés par la pathologie notamment une dérégulation précoce et généralisée des voies cellulaires impliquées dans la prolifération cellulaire et des perturbations liées au traitement de l'information génétique. Cette analyse a, en outre, permis de mettre en évidence un effet de gènes passagers dans notre modèle murin Spg11. Des études supplémentaires seraient nécessaires pour déterminer l'éventuelle contribution de la dérégulation de ces gènes dans le phénotype de la souris. Une seconde partie des travaux de cette thèse porte sur l'étude du modèle murin Spg58. La SPG58 est due à une mutation délétère dans le gène KIF1C codant pour une kinésine. Ce projet a été mené en collaboration avec la Dr Amandine Duchesnes de l'équipe MoDiT (INRAE, Jouy-en-Josas). Les patients atteints de SPG58 présentent des troubles de la myélinisation. De plus, un modèle naturel bovin de la maladie a confirmé une atteinte myélinique en cas de perte de la protéine KIF1C. J'ai donc étudié les conséquences chez la souris de l'absence de protéine KIF1C sur la myélinisation. J'ai observé la présence de deux types d'anomalies myéliniques dès P15 et dans l'ensemble des structures cérébrales étudiées chez la souris Kif1c-/-. En effet, cette dernière présente des surenroulements de myéline ainsi qu'une myélinisation des corps cellulaires. Par ailleurs, j'ai constaté une expression diminuée des protéines myéliniques CNPase et MBP associée à des défauts de la localisation de la MBP. Ces résultats confirment l'implication de KIF1C dans le processus de myélinisation.

Approach to the pathophysiology of spastic paraplegia through the study of mouse models

Hereditary spastic paraplegias are a group of rare genetic diseases characterized by degeneration of the corticospinal tract leading to spasticity of the lower limbs in patients. During my thesis, I worked on two severe forms of these diseases: spastic paraplegia type 11 (SPG11) and spastic paraplegia type 58 (SPG58). In order to decipher the pathological mechanisms of these two pathologies, I studied mice models of these spastic paraplegias. The first part of this thesis is the analysis of our data from the transcriptomic sequencing (RNAseq) of Spg11-/- and wildtype mice. RNAseq sequencing was carried out at different ages (6 weeks, 4 months and 8 months) and in different brain structures (cerebellum, cortex and hippocampus) in order to decipher the progression of the pathology. I looked for cellular pathways significantly deregulated in Spg11-/- mice. The analysis showed deregulations in biological processes previously identified as disrupted in Spg11 models, such as an increase in the inflammatory response, or even deregulations of cellular processes involved in neurological development. But it also identified new cellular mechanisms impacted by the pathology, notably an early and generalized deregulation of cellular pathways involved in cell proliferation and disturbances linked to the genetic information processing. This analysis also highlighted a passenger genes effect in our Spg11 mouse model. Additional researches to determine the potential contribution of genes passenger deregulation in mouse phenotype would be warranted. A second part of this work concerns the study of the Spg58 mouse model. SPG58 is caused by a deleterious mutation in the KIF1C gene encoding a kinesin. This project was carried out in collaboration with Dr Amandine Duchesnes from the MoDiT team (INRAE, Jouy-en-Josas). Patients with SPG58 exhibit myelination disorders. In addition, a natural bovine model of the disease confirmed myelin damage in absence of the KIF1C protein. I therefore studied the consequences in mice of the absence of KIF1C protein on myelination. I observed the presence of two types of myelin abnormalities from P15 and in all the white matters studied in the Kif1c-/- mouse, consisting of myelin outfolding and cell bodies myelination. Furthermore, I noted a decreased expression of the myelin proteins CNPase and MBP associated with defects in MBP localization. These results confirm the involvement of KIF1C in the myelination process.

Directeur de thèse :

Giovanni STEVANIN

Unité de recherche :

Institut du cerveau et de la moelle épinière

Membres du jury :

Directeur de thèse : Giovanni STEVANIN
Rapporteur : Elisabeth TRAIFFORT , Directeur de recherche (INSERM U1195 Diseases and Hormones of the Nervous System)
Rapporteur : Hervé LE STUNFF , Professeur (Institut des Neurosciences Paris-Saclay (Neuro-PSI)- CNRS UMR 9197)
Examinateur : Isabelle DUSART , Directeur de recherche (Sorbonne Université - Neuroscience Paris Seine - Equipe DPRN)
Examinateur : Abdel GHOUMARI , Maître de conférences (INSERM U1195 Diseases and Hormones of the Nervous System)
Examinateur : Amandine DUCHESNE , Directeur de recherche (Université Paris Saclay - INRAE)
Président : Nadine MESTRE-FRANCES , Directeur d'études (EPHE)

Diplôme :

Doctorat Systèmes intégrés, environnement et biodiversité

Spécialité de soutenance :

Neurosciences