Stress du RE, SMA, SMN, XBP1, ATF6, Neuroprotection

L'amyotrophie spinale (SMA), maladie neuromusculaire causée par la mutation du gène SMN1(Survival of Motor Neuron 1), induit une dégénérescence des motoneurones (MN), ce qui entraîne une atrophie musculaire et la mort du patient. SMN2, une copie du gène SMN1, contient un polymorphisme dans l'exon 7 qui induit son excision du transcrit mature et produit une fraction de la protéine SMN fonctionnelle. Les thérapies géniques actuelles ayant pour but d'augmenter l'expression de SMN ont prouvé leur efficacité en réduisant les symptômes, mais pas pour tous les patients. Afin d'améliorer ces approches, il est crucial d'approfondir les mécanismes qui sous-tendent la dégénérescence des MN dans la SMA. Nous avons précédemment démontré que l'activation des récepteurs NMDA favorise la survie des MN dans la moelle épinière de modèles murins de SMA sévère. Ces effets sont associés à une augmentation de l'inclusion de l'exon 7 dans les transcrits de SMN. Pour identifier les mécanismes sous-jacents, nous avons réalisé une analyse transcriptomique à partir de moelle épinière de souris SMA traitées ou non au NMDA et mis en évidence une activation du système UPR (Unfolded Protein Response). L'UPR correspond la réponse cellulaire aux perturbations de l'homéostasie du réticulum endoplasmique (RE). Chez les mammifères, l'UPR comprend trois branches générant chacune l'activation d'un facteur de transcription spécifique : IRE1 (inositol-requiring enzyme-1), PERK (protéine kinase R (PKR)-like endoplasmic reticulum kinase) et ATF6 (activating transcription factor 6). L'activation de IRE1a induit l'épissage non conventionnel de l'ARNm XBP1u qui code une protéine instable, et produit l'ARNm XBP1s codant le facteur de transcription actif XBP1s (X-box binding protein 1). Il a déjà été suggéré que l'homéostasie du RE est compromise dans la SMA. Mais le rôle du stress du RE dans ce contexte est mal compris et l'implication de XBP1s dans la régulation du gène SMN n'est pas connue. Au cours de ma thèse, nous nous sommes interrogés sur le rôle de la modulation de l'UPR induite par le NMDA dans la protection des MN. Nous avons montré une diminution de l'expression de XBP1s et de ses gènes cibles dans la moelle épinière de souris SMA. De manière inattendue, ceci est associé à une sur-activation de IRE1a, suggérant un dérèglement intrinsèque de la voie IRE1a-XBP1. Toutes ces altérations sont contrecarrées par un traitement au NMDA. La chute de XBP1s est également trouvée dans les moelles épinières de souris SMA de 4 jours, bien avant la mort massive des MN, mais sans autre altération de l'UPR. De plus, la déplétion expérimentale de SMN dans une lignée de cellules motoneuronales murines est suffisante pour induire une diminution de XBP1s. De manière intéressante, la surexpression de XBP1s dans des fibroblastes de patients SMA induit une augmentation de l'expression de la protéine SMN. De plus, nous montrons par des expériences d'immunoprécipitation de la chromatine que XBP1s est liée au promoteur du gène SMN dans les mêmes cellules, prouvant que la voie IRE1a-XBP1 régule l'expression du gène SMN. Nous avons alors testé si augmenter l'expression de XBP1s pharmacologiquement in vitro et in vivo dans des modèles SMA pouvait activer SMN. Le composé AA147 active spécifiquement ATF6a, qui stimule la transcription du gène XBP1. Ainsi activé ATF6a dans le contexte de la SMA caractérisée par une sur-activation de IRE1a, devrait entraîner une augmentation de l'expression de XBP1s. Traiter les cellules SMA par AA147 entraîne une augmentation de l'inclusion de l'exon 7 dans les transcrits SMN. Plus important, l'injection intrathécale d'AA147 chez des souris SMA augmente l'expression de SMN et favorise la survie des MN spinales. Ainsi, nos données indiquent qu'activer ATF6a, directement dans la moelle épinière chez la SMA, peut avoir des effets neuroprotecteurs et pourrait représenter une nouvelle cible thérapeutique pour lutter contre la mort des MN induite par la SMA.