Les encéphalites limbiques à autoanticorps anti-CASPR2 sont des atteintes du système nerveux central caractérisées par des troubles de la mémoire et des crises d’épilepsie. La protéine CASPR2 (Contactin-associated protein-like 2), avec son partenaire TAG-1, est connue pour son rôle dans le rassemblement des canaux potassiques voltage-dépendants (Kv1.1 et Kv1.2) dans la région juxtaparanodale des nœuds de Ranvier ; régions essentielles pour la conduction rapide des messages nerveux. Par ailleurs, de plus en plus d’études suggèrent un rôle de CASPR2 dans la plasticité synaptique et l’excitabilité neuronale, en lien avec les symptômes observés chez les patients présentant des anticorps anti-CASPR2. Cependant, le rôle pathogénique des anticorps anti-CASPR2 dans les encéphalites limbiques reste loin d’être compris. Au cours de ma thèse, j’ai souhaité améliorer la connaissance des mécanismes pathologiques des anticorps anti-CASPR2 de patient dans l’encéphalite limbique auto-immune. Pour cela, j’ai déterminé les caractéristiques biologiques des anticorps anti-CASPR2, suggérant un rôle direct des anticorps sur la fonction de CASPR2 en ciblant les domaines N-terminaux de la protéine. De plus, j’ai identifié deux mécanismes d’action potentiels des anticorps anti-CASPR2 sur l’interaction entre CASPR2 et TAG-1 et sur l’expression des canaux Kv1.2 en surface. Ces travaux impliquent d’avantage les anticorps anti-CASPR2 dans la pathogénicité des encéphalites limbiques auto-immunes / Anti-CASPR2 autoimmune limbic encephalitis is a central nervous system disorder characterized by memory disorders and epilepsy. CASPR2 (Contactin-associated protein-like 2) with its partner TAG-1, is known for its role in the clusterisation of voltage-dependent potassium channels (Kv1.1 and Kv1.2) in the juxtaparanodal region of node of Ranvier; which are essential for the rapid conduction of nerve signals. In addition, an increasing number of studies suggest a role of CASPR2 in synaptic plasticity and neuronal excitability, in relation with the symptoms observed in patients with anti-CASPR2 antibodies. However, the pathogenic role of anti-CASPR2 antibodies in limbic encephalitis remains far from clear. During my thesis I wished to improve our understanding of the mechanisms mediated by anti-CASPR2 antibodies in limbic encephalitis. To this end, I determined the biological characteristics of anti-CASPR2 antibodies, suggesting a direct role of antibodies on CASPR2 function by targeting its N-terminal domains. Furthermore, I identified two potential mechanisms of anti-CASPR2 antibodies on CASPR2/TAG-1 interaction and on Kv1.2 cell surface expression. These works further implicate anti-CASPR2 antibodies in the pathogenicity of autoimmune limbic encephalitis

L’encéphalite limbique à auto-anticorps anti-CASPR2 est une atteinte du système nerveux central, caractérisée par la présence des auto-anticorps (autoAcs) dirigé contre CASPR2 dans le sérum et fluide céphalorachidien. La pathologie affecte majoritairement des hommes âgés présentant l’épilepsie comme symptôme prédominant. CASPR2 est une molécule d’adhésion neuronale, connue pour son rôle d’assemblage des canaux Kv1, régulateurs de l’excitabilité neuronale, à la région juxtaparanodale du nœud de Ranvier, une organisation essentielle pour la conduction saltatoire des flux nerveux. Un nombre croissant de données dans la littérature suggère un rôle pour CASPR2 dans des fonctions synaptiques et l’activité neuronale. Ceci pourrait expliquer l’épilepsie, un symptôme neurologique qui trouve son origine dans la perturbation de l’activité neuronale, observée chez les patients avec de l’encéphalite limbique anti-CASPR2. Dans ce travail de thèse, j’ai utilisé des autoAcs de patients comme outil pour investiguer le rôle de CASPR2 dans des neurones normalement développés en culture, permettant aussi d’évaluer l’effet des autoAcs des patients sur les fonctions synaptiques et de révéler des mécanismes physiopathologiques possibles sous-jacents à la maladie. Je me suis d’abord intéressée aux effets des autoAcs des patients sur l’expression et la distribution en surface de CASPR2 et sur l’expression des canaux Kv1.2 dans des neurones hippocampiques matures in vitro. J’ai montré que les neurones inhibiteurs sont positifs pour les canaux Kv1.2 et CASPR2 en surface, et que les autoAcs de patients augmentent l’expression de Kv1.2 et n’induisent pas l’internalisation de CASPR2. Dans un second temps, j’ai analysé les effets des autoAcs de patients sur les synapses excitatrices et inhibitrices dans des neurones hippocampiques immatures et matures in vitro. Dans les neurones immatures, la densité des épines dendritiques et le contenu des récepteurs AMPA sont augmentés, tandis que dans les neurones matures l’altération de la géphyrin suggère une perturbation de la transmission neuronale après traitement avec des autoAcs de patients. Mes résultats permettent de mieux comprendre les fonctions de CASPR2 dans les processus synaptiques et révèlent des mécanismes pathologiques possibles des autoAcs anti-CASPR2 menant à la présentation clinique des patients atteints d’encéphalite limbique anti-CASPR2 / Anti-CASPR2 autoimmune limbic encephalitis is a central nervous system disorder, characterized by the presence of autoantibodies (autoAbs) directed against CASPR2 in the serum and cerebrospinal fluid. Elderly men are mostly affected, with epilepsy being the predominant symptom. CASPR2 is a neuronal cell adhesion molecule, known for its role in gathering Kv1 channels, regulators of neuronal excitability, at the juxtaparanodal region of the node of Ranvier, an essential organization for saltatory conduction of nervous influxes. Increasing sets of data in literature point out a role for CASPR2 in synaptic functions and neuronal activity. This could explain the observed epilepsy, a neurological symptom that finds its origin in disturbed neuronal activity, in patients with anti-CASPR2 autoimmune limbic encephalitis. In this work, I used patients’ autoAbs as a tool to investigate the role of CASPR2 in normally developed cultured neurons which also allowed me to assess the effects of patients’ autoAbs on synaptic functions and reveal possible physiopathological mechanisms underlying the disease. I first assessed the effects of patients’ autoAbs on CASPR2 surface expression and distribution and on Kv1.2 channel expression in mature in vitro hippocampal neurons. I provided evidence that inhibitory neurons are positive for both Kv1.2 channels and surface CASPR2, and that patients’ autoAbs increase Kv1.2 expression and do not induce CASPR2 internalization. Secondly, I analyzed effects of patients’ autoAbs on excitatory and inhibitory synapses in vitro, in immature and mature hippocampal neurons. In immature neurons, dendritic spine densities and AMPA receptor content are increased, while in mature neurons alteration of gephyrin suggests disturbed neuronal transmission after treatment with patients’ autoAbs. My results allow for a better understanding of CASPR2 functions in synaptic processes and unravel possible pathological mechanisms regarding how anti-CASPR2 autoAbs lead to the clinical presentation of patients with anti-CASPR2 autoimmune limbic encephalitis