Les astrocytes deviennent réactifs dans les maladies neurodégénératives (MND) comme la maladie d’Alzheimer (MA) et de Huntington (MH) mais les conséquences fonctionnelles de cette réactivité sont peu connues. Dans cette étude, nous avons évalué 1) les voies de signalisation impliquées dans la réactivité astrocytaire, 2) la contribution des astrocyte réactifs (AR) à la dysfonction neuronale dans des modèles de MND et 3) les caractéristiques fonctionnelles des AR.Nous avons montré que la voie JAK2/STAT3 est responsable de la réactivité astrocytaire dans des modèles murins de la MA et la MH. Nous avons développé de nouveaux vecteurs viraux ciblant cette voie dans les astrocytes, in vivo. Grâce à ces outils, nous avons étudié la contribution des AR à la dysfonction neuronale dans deux modèles murins de la MH. Nos résultats suggèrent que les AR ne jouent pas un rôle central dans ces modèles de pathologie. En ciblant la voie JAK2/STAT3, nous avons induit la réactivité astrocytaire chez la souris sauvage et avons montré que cette voie régule la transcription de gènes impliqués dans des fonctions cellulaires importantes. De plus, nous avons observé que l’activation des astrocytes conduit à une diminution de la plasticité synaptique dans le cerveau de souris.En conclusion, nous avons montré que la voie JAK2/STAT3 est une voie centrale dans les AR. Nous avons développé des vecteurs viraux innovants pour évaluer 1) la contribution des AR à la dysfonction neuronale dans des modèles de MND et 2) les propriétés fonctionnelles des AR in vivo. L’étude des AR permettra d’identifier de nouvelles cibles moléculaires pour manipuler ces cellules pléiotropes à des fins thérapeutiques. / Astrocyte reactivity is a hallmark of pathological conditions in the CNS including neurodegenerative diseases (ND) such as Alzheimer’s (AD) and Huntington’s (HD) diseases. Reactive astrocytes (RA) are identified by morphological changes but their functional features and influence on neurons are poorly understood, especially in ND. Therefore, we aimed at 1) identifying the signaling cascades involved in astrocyte reactivity in ND, 2) evaluating RA contribution to disease phenotype in ND models and 3) deciphering RA functional features. The JAK2/STAT3 pathway is a known trigger of astrocyte reactivity in CNS injuries. Here, we show that this pathway is a common inducer of astrocyte reactivity in AD and HD models. We developed new viral vectors to target this cascade in astrocytes and manipulate astrocyte reactivity in vivo. We used these vectors to determine the contribution of RA to neuronal dysfunction in HD mouse models. We found that RA do not primarily influence disease phenotype in HD. Last, we targeted the JAK2/STAT3 pathway in WT mice to characterize RA functional features in vivo. We show RA undergo transcriptional changes of numerous genes involved in metabolism, protein degradation pathways and immune response. Moreover, we show that astrocyte reactivity alters synaptic plasticity in the mouse hippocampus. Our results identify the JAK2/STAT3 pathway as a central cascade for astrocyte reactivity. The viral vectors developed in this project represent powerful tools to decipher the roles of RA in various ND models and to characterize RA functional features in vivo. Better understanding RA functions may lead to the identification of new therapeutic targets for ND.

Les astrocytes sont des éléments clés de la physiologie cérébrale. Dans les maladies neurodégénératives comme la maladie d’Alzheimer (MA), les astrocytes deviennent réactifs. Cette réactivité astrocytaire (RA) est essentiellement caractérisée par des changements morphologiques. En revanche, les effets de la réactivité sur les fonctions de support des astrocytes sont mal connus. De plus, les cascades de signalisation qui conduisent à la RA restent à déterminer. Les objectifs de ce projet étaient de : 1/ démontrer que la voie JAK2-STAT3 (Janus Kinase 2 - Signal Transducer and Activator of Transcription 3) joue un rôle central dans le contrôle de la RA au cours des maladies neurodégénératives ; 2/ comprendre quelle est l’implication de la RA dans les altérations moléculaires, cellulaires et fonctionnelles observées dans la MA. Nous avons montré que la voie JAK2-STAT3 est une cascade de signalisation centrale dans la RA (Ben Haim et al., 2015). Dans ce projet, nous démontrons en utilisant de nouveaux outils moléculaires basés sur des vecteurs viraux, que cette voie est nécessaire et suffisante à la RA. Nos résultats montrent également que la modulation de la RA dans deux modèles murins de la MA (souris APP/PS1dE9 et 3xTg-AD) influence certains index pathologiques, mais de façon contexte-dépendante. L’ensemble de ce travail a permis de valider de nouveaux outils pour étudier les astrocytes réactifs in situ et souligne l’importance et la complexité de leur fonctions au cours des maladies neurodégénératives. / Astrocytes are emerging as key players in brain physiology. In Alzheimer’s disease (AD), astrocytes become reactive. Astrocyte reactivity (AR) is essentially characterized by morphological changes. But how the normal supportive functions of astrocytes are changed by their reactive state is unclear. Moreover, signaling cascades leading to AR are not yet determined. In this study, we aim to: 1/ demonstrate the JAK2-STAT3 pathway (Janus Kinase 2 - Signal Transducer and Activator of Transcription 3) is responsible for AR in neurodegenerative diseases ; 2/ understand the contribution of reactive astrocytes to molecular, cellular and functional alterations in AD. We already reported that the JAK2- STAT3 pathway is a central cascade for AR (Ben Haim et al., 2015). Here, we demonstrate, with new molecular tools based on viral vectors, that this pathway is necessary and sufficient to AR. Our results also show that the modulation of AR in two AD mouse models (APP/PS1dE9 and 3xTg-AD mice) influence several pathological hallmarks, but in a context-dependent manner. Overall, this work has generated new original tools to study reactive astrocytes in situ and it underlines the importance and complexity of their functions in neurodegenerative diseases.

Les astrocytes participent activement au fonctionnement cérébral. Ils réalisent des échanges métaboliques et trophiques avec les neurones et exercent un contrôle sur l'entrée des substrats énergétiques dans le parenchyme cérébral. Ils sont aussi res ponsables -par le biais de leurs transporteurs GLAST et GLT-1- de la recapture et du recyclage du glutamate, le principal neurotransmetteur excitateur qui a aussi un potentiel neurotoxique. Les astrocytes répondent à des situations pathologiques variées en devenant réactifs. Ils apparaissent hypertrophiques et surexpriment certaines protéines comme les filaments intermédiaires. Bien que cette modification du phénotype astrocytaire soit connue depuis longtemps, ses conséquences fonctionnelles sont toujours débattues. S'agit-il d'un mécanisme de protection et d'adaptation à des conditions pathologiques ou, au contraire, d'un processus délétère participant à la dégénérescence neuronale ? Nous avons développé un modèle in vivo d'activation astrocytaire en utilisant un lentivirus (lenti-CNTF) pour induire une surexpression dans le striatum de rat du Ciliary Neurotrophic Factor (CNTF), un activateur endogène des astrocytes. Grâce à ce modèle d'activation stable et reproductible des astrocytes, nous avons pu mettre en évidence des modifications profondes du métabolisme énergétique cérébral avec une augmentation de l'utilisation des corps cétoniques au dépend du glucose. Par ailleurs, l'activation astrocytaire par le CNTF induit de nombreux changements dans la machinerie de recapture du glutamate. Les transporteurs astrocytaires sont hyperglycosylés et sont enrichis dans les microdomaines membranaires rafts. En conditions excitotoxiques, la gestion du glutamate, l'apport énergétique et la survie neuronale sont significativement améliorés dans le groupe lenti-CNTF. Ces résultats soulignent le rôle bénéfique des astrocytes activés qui présentent un phénotype et un fonctionnement favorables à la survie des neurones. Cette étude permet à la fois de mieux cerner le rôle et l'intérêt de la réponse astrocytaire dans les processus pathologiques et également de caractériser les effets du CNTF , qui est un candidat thérapeutique pour différentes maladies neurodégénératives.

La maladie de Huntington (MH) est une maladie neurodégénérative causée par une extension de répétitions du codon CAG dans le gène de la Huntingtine (Htt). Cette maladie est caractérisée par la mort des neurones striataux et la présence d’agrégats de Htt mutée (mHtt). De plus, au cours de la MH, les astrocytes, qui sont essentiels au bon fonctionnement neuronal, changent d’état et deviennent réactifs. La réactivité astrocytaire est caractérisée par des changements morphologiques et transcriptomiques mais l’impact fonctionnel de cette réactivité reste peu compris.Afin d’étudier le rôle des astrocytes réactifs dans la MH, nous avons utilisé des vecteurs viraux récemment développés par notre équipe, qui induisent ou bloquent la réactivité astrocytaire in vivo en ciblant la voie JAK2-STAT3. Nous avons montré que les astrocytes réactifs diminuent le nombre et la taille des agrégats de mHtt majoritairement présents dans les neurones. Ceci est associé à l’amélioration de plusieurs altérations neuronales observées dans ces modèles. Une analyse transcriptomique réalisée sur des astrocytes réactifs révèle des changements majeurs d’expression de gènes liés aux systèmes de protéostasie. De plus, l’activité du lysosome et du protéasome est augmentée dans les astrocytes réactifs de souris modèles de la MH. Nous montrons également que les astrocytes réactifs éliminent plus efficacement leurs propres agrégats de mHtt, suggérant qu’au cours de la MH, ces cellules pourraient dégrader plus efficacement la mHtt provenant des neurones. De plus, certaines protéines chaperonnes sont induites dans les astrocytes réactifs. En particulier, la co-chaperonne DNAJB1/Hsp40 est surexprimée dans les astrocytes réactifs et est retrouvée dans les exosomes isolés à partir de striata de souris MH. Des expériences de gain et perte de fonction suggèrent que cette chaperonne est impliquée dans les effets bénéfiques des astrocytes réactifs sur l’agrégation de la mHtt et l’état des neurones. Les astrocytes réactifs pourraient donc libérer des protéines anti-agrégantes qui favorise l’élimination de la mHtt dans les neurones.Notre étude montre que les astrocytes peuvent, en devenant réactifs au cours de la MH, acquérir des propriétés bénéfiques pour les neurones et favoriser, via un dialogue complexe avec les neurones, l’élimination des agrégats de mHtt. / Huntington’s disease (HD) is a hereditary neurodegenerative disease caused by an expansion of CAG codons in the Huntingtin gene. It is characterized by the death of striatal neurons and the presence of mutant Huntingtin (mHtt) aggregates. In pathological conditions, as in HD, astrocytes change and become reactive. Astrocyte reactivity is characterized by morphological and significant transcriptomic changes. Astrocytes are essential for the proper functioning of neurons but the functional changes associated with reactivity are still unclear.To better understand the roles played by reactive astrocytes in HD, we took advantage of our recently developed viral vectors that infect selectively astrocytes in vivo and either block or induce reactivity, through manipulation of the JAK2-STAT3 pathway. We used these vectors in two complementary mouse models of HD and found that reactive astrocytes decrease the number and the size of mHtt aggregates that mainly form in neurons. Reduced mHtt aggregation was associated with improvement of neuronal alterations observed in our mouse models of HD. A genome-wide transcriptomic analysis was performed on acutely sorted reactive astrocytes and revealed an enrichment in genes linked to proteolysis. Lysosomal and proteosomal activities were also increased in reactive astrocytes in HD mice. Moreover, we show that reactive astrocytes degrade more efficiently their own mHtt aggregates, suggesting that these cells could siphon mHtt away from neurons. Alternatively, several chaperones were induced in reactive astrocytes. In particular, the co-chaperone DNAJB1/Hsp40 was upregulated in reactive astrocytes and was present in exosomal fraction from HD mouse striatum. Loss and gain of function experiments suggest that this chaperone is involved in the beneficial effects of reactive astrocytes on mHtt aggregation and neuronal status. Therefore, reactive astrocytes could release anti-aggregation proteins that could promote mHtt clearance in neurons.Overall, our data show that astrocytes, by becoming reactive in HD, develop a protective response that involves complex bidirectional signaling with neurons to reduce mHtt aggregation.