Étude des voies de signalisation impliquées dans le contrôle de l'expression de SMN dans des modèles murins d'Amyotrophie Spinale Infantile
Study of Signaling pathways involved in SMN gene expression in Spinal Muscular Atrophy-like mouse models
par Branchu Julien sous la direction de Charbonnier Frédéric
Thèse de doctorat en Biologie
École doctorale Cerveau, Cognition, Comportement

Soutenue le Wednesday 12 December 2012 à Université Paris Descartes ( Paris 5 )

Sujets
  • Maladies
  • Neurones moteurs
  • Récepteurs NMDA
  • Système nerveux -- Dégénérescence
  • Werdnig-Hoffmann, Maladie de

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Mots clés
SMA,SMN,Maladie neurodégénérative,Développement,Plasticité,Voies de signalisation
Resumé
L'amyotrophie spinale infantile (SMA) est une maladie génétique autosomique récessive de l'enfant pour laquelle aucun traitement efficace n'existe. La SMA est caractérisée par la perte spécifique des motoneurones spinaux conduisant à une faiblesse musculaire sévère. Le décès des patients survient lorsque les muscles vitaux sont touchés. Cette maladie est causée par la mutation du gène Survival of Motor Neuron 1 (Smn1) conduisant à une diminution importante de l'expression de la protéine Survival of Motor Neuron (SMN). Tous les patients possèdent un ou plusieurs gènes copie de Smn1, le gène Smn2. Ces copies modulent la sévérité de la maladie en produisant une faible quantité de transcrits SMN complets, en particulier possédant l'exon 7, un exon alternatif qui code pour un domaine important pour que la protéine SMN soit fonctionnelle et stable. Des résultats récents, obtenus au laboratoire, indiquent que l'exercice physique retarde la mort des motoneurones, conduit à une augmentation du taux de maturation postnatale des unités motrices et déclenche l'expression du gène Smn2 chez des souris mimant la SMA de type II. Les premières données moléculaires suggèrent que les effets de l'exercice physique pourraient être relayés par la signalisation dépendante 1) des récepteurs au NMDA (Biondi et coll., J Neurosci, 2008) et/ou 2) du récepteur à IGF-1. Dans notre étude, nous avons d'abord testé les effets de l'activation directe des récepteurs au NMDA (NMDAR) dans un contexte de SMA. Nous montrons qu'une activation adéquate de ces récepteurs dans plusieurs modèles souris mimant les SMA sévères accélère la maturation postnatale des unités motrices, limite l'apoptose dans la moelle épinière et active l'expression du gène Smn2 favorisant l'expression de la protéine SMN. Ces effets bénéfiques sont dépendants du niveau d'activation des NMDARs et suggèrent que l'accélération de la maturation postnatale des unités motrices, induite par le NMDA, est indépendante du niveau d'expression de la protéine SMN. De manière importante, l'activation pharmacologique des NMDARs augmente fortement la durée de vie de deux modèles différents de souris mimant la SMA de type sévère. L'analyse des cascades de signalisation intracellulaire a révélé une altération inattendue des profils d'activation des voies de signalisation ERK et AKT/CREB, qui se rééquilibrent quand les NMDARs sont activés (Branchu et coll., J Neurosci, 2010).Comme la kinase ERK est constitutivement suractivée dans la moelle épinière des souris mimant la SMA, nous avons ensuite examiné son rôle potentiel dans la régulation de l'expression des gènes Smn2. Nous avons démontré que l'inhibition pharmacologique de la voie de signalisation MEK/ERK/Elk-1, notamment avec un médicament anti-cancéreux actuellement en essai clinique de phase 2, est bénéfique pour les souris mimant la SMA de type I. Nous avons identifié une relation croisée entre les voies de signalisation ERK et AKT impliquant la modulation, calcium-dépendante, de l'activité CaMKII. Ainsi, l'inhibition pharmacologique de ERK durant la phase symptomatique de la maladie chez ces souris, entraîne l'activation de la voie CaMKII/AKT/CREB et conduit à une augmentation significative de l'expression de la protéine SMN dans les motoneurones suite à une augmentation de la transcription du gène Smn2. Ces modifications sont corrélées avec une augmentation remarquable de la durée de vie et de la mobilité des souris et une neuroprotection des motoneurones spinaux. De plus, l'inhibition de ERK dans des cellules musculaires différenciées provenant de patients atteints de SMA de type II induit également une augmentation de l'activité de la voie AKT/CREB et de l'expression de SMN (Branchu et coll., J Neurosci, en révision positive). Enfin, nous avons montré que l'exercice physique est capable de diminuer l'expression du récepteur à l'IGF-1 (IGF-1R), qui est surexprimé dans la moelle épinière des souris mimant la SMA sévère...