Les Tunneling nanotubes (TNT) sont des protrusions cellulaires à base d'actine qui médient la communication cellulaire en transférant des cargos cellulaires. Les différents types de communication intercellulaires sont de plus en plus considérés comme des cibles potentielles pour le traitement de différentes maladies, telles que les maladies infectieuses liées aux virus et bactéries, les cancers ou les maladies neurodégénératives. Des études récentes ont mis en évidence un mécanisme de propagation d'agrégats protéiques ressemblant à la propagation du prion dans diverses maladies neurodégénératives non infectieuses telles que la maladie d'Alzheimer (AD), la démence frontotemporelle (FTD), la maladie de Parkinson (PD) et la maladie de Huntington. Ces maladies se caractérisent par l'accumulation de protéines mal repliées dans le cerveau des patients. Ainsi, on peut envisager de nouvelles stratégies thérapeutiques pour bloquer la propagation des protéines anormales dans tout le cerveau. Il a été démontré que les TNT pourraient jouer un rôle essentiel dans la propagation des agrégats de prions au sein du système nerveux central (SNC) et périphérique. Par conséquent, l'étude du mécanisme de la formation de TNT pourrait fournir de nouvelles idées sur le mécanisme de propagation de la maladie et de nouvelles cibles thérapeutiques. L'objectif de ma thèse était d'étudier le rôle du transfert des agrégats de protéines par les TNT entre les cellules et d'étudier le mécanisme de formation des TNT. Dans notre laboratoire, nous avons déjà montré que les TNT permettent le transfert de prions entre les cellules. Dans la première partie de mon doctorat, j'ai confirmé que les transferts d'agrégats de prions entre les cellules de CAD neuronales se faisaient par les TNT à l'intérieur de vésicules endocytiques (Zhu et al., 2015). De plus, en collaboration avec un collègue, nous avons fourni des preuves que les agrégats de prions pourraient être transférés entre des astrocytes primaires et des neurones et que ce transfert était médié par un contact cellulaire (Victoria et al., 2016). J'ai également collaboré à une autre étude où nous avons montré que les agrégats d'α-synucléine (caractéristiques de la maladie de Parkinson) peuvent être transférés entre les cellules à l'intérieur des lysosomes, et que ce transfert intercellulaire est médié par les TNT (Abounit et al., 2016). Dans mon deuxième projet, afin d'étudier le mécanisme de la formation de TNT, j'ai effectué un crible à haut débit pour les Rab GTPase. J'ai trouvé que Rab8 et Rab11 peuvent favoriser la formation des TNT, et que les cascades Rab8-VAMP3, Rab11-ERM et Rab8-Rab11 sont impliquées dans la formation des TNT. Mes données suggèrent que la polymérisation de l'actine et le trafic de membranes sont impliqués dans la formation des TNT. Ces résultats permettent d'éclairer le mécanisme de la formation des TNT et de fournir des preuves moléculaires que les Rab GTPases régulent ce processus. / Tunneling nanotubes are actin-based cell protrusions that mediate cell-to-cell communication by transferring cellular cargos. The different types of intercellular communication are increasing by being considered as potential targets for the treatment of various diseases, such as infectious diseases linked to viruses and bacteria, cancers or neurodegenerative diseases. Recent studies have highlighted a prion-like mechanism of propagation of protein misfolding in a variety of common, non-infectious, neurodegenerative diseases such as Alzheimer’s disease (AD), Frontotemporal dementia (FTD), Parkinson’s disease (PD), and Polyglutamine (PolyQ) diseases, which are characterized by the accumulation of misfolded proteins in the brain of patients. Thus, new therapeutic strategies to block propagation of protein misfolding throughout the brain can be envisaged. It has been shown that TNTs might play a critical role in spreading of prion aggregates within the CNS and from the periphery. Therefore, the study of mechanism of TNT formation could provide new insights on the mechanism of disease propagation and novel therapeutic targets. The aim of my thesis was to study the role of TNT-mediate protein aggregates transfer between cells and to investigate the mechanism of TNT formation. In our lab, we already reported TNT mediate prion transfer between cells. In the first part of my PhD, I further confirmed that prion aggregates transfer between neuronal CAD cells through TNT inside endocytic vesicles (Zhu et al., 2015). Furthermore in collaboration with a colleague, we provided evidences that prion aggregates could transfer between primary astrocytes and neurons and the transfer was mediated by cell-to-cell contact (Victoria et al., 2016). I also collaborated to another study where we showed that α-synuclein aggregates (Parkinson’s disease) can transfer between cells inside lysosomes, and the intercellular transfer is mediated by TNTs (Abounit et al., 2016).In my second project, in order to investigate the mechanism of TNT formation, I performed a High-content screening of Rab GTPase. I found that Rab8 and Rab11 can promote TNT formation, that Rab8-VAMP3, Rab11-ERM and Rab8-Rab11 cascades are involved in TNT formation. My data suggests that both actin polymerization and membrane trafficking are involved in TNT formation. These results help to shed light on the mechanism of TNT formation, and provide molecular evidences that Rab GTPases regulate this process.

Les synucléionopathies représentent un groupe de maladies neuro-dégénératives incurables du système nerveux central. Elles regroupent entre autres la maladie de Parkinson, l’atrophie multi-systématisée et la maladie à corps de Lewy. Toutes ces maladies se caractérisent par un déclin progressif des fonctions motrices, cognitives, comportementales et autonomiques. La mal-conformation et l’agrégation de la protéine α-synuclein qui forme des inclusions intraneuronales sont des éléments communs à toutes les synucleinopathies. Ces inclusions portent le nom de corps de Lewy et se forment dans des neurones ou cellules gliales appartenant à des régions cérébrales spécifiques. Elles sont vraisemblablement à l’origine de la perte progressive de neurones dans certaines parties du cerveau. Dans le cas de la maladie de Parkinson et dans d’autres maladies neuro-dégénératives, il a été démontré que la pathologie se propage anatomiquement d’une manière spécifique et prévisible au niveau cérébrale. Ceci suggère donc que la progression de la maladie est étroitement liée au transfert des agrégats d’α-synucléine. Ce procédé est très similaire à celui impliqué dans la maladie du prion qui elle en revanche est infectieuse. Par ailleurs, des inclusions neuronales d’α-synucléine ont été identifiées dans des neurones dopaminergiques d’origine fœtaux qui avaient été transplanté dans des cerveaux de patients parkinsoniens. Cette étude a permis d’envisager pour la première fois la possibilité de la transmission d’inclusions d’α-synucléine entre les neurones. Bien que de nombreuses études aient démontré la propagation d’α-synucléine in vitro et in vivo, le mécanisme permettant ce transfert n’est pas clairement établi. Par conséquent, ma thèse s’attache à étudier le mécanisme de transfert d’assemblages d’α-synucléine (i.e., oligomères et fibrilles). Dans un premier temps, j’ai apporté la preuve que les assemblages d’α-synucléine transfèrent de manière efficace entre les cellules neuronales via les Tunneling nanotubes (TNT). Les TNT sont définis comme étant des ponts membranaires riches en F-actine et permettant de connecter physiquement le cytoplasme de cellules éloignées. Au niveau subcellulaire, j’ai démontré que les assemblages d’α-synucléine qui transfèrent se trouvent dans des lysosomes. En revanche, après le transfert, ces assemblages se retrouvent libres dans le cytoplasme. J’ai également mis en évidence qu’à la suite du transfert, permis par les TNT, les fibrilles d’α-synucléine sont capables de recruter et d’induire l’agrégation de l’α-synucléine soluble afin de perpétuer le processus d’agrégation à l’infinie. Ces résultats indiquent que les TNT peuvent représenter un moyen efficace permettant le transfert d’assemblages d’α-synucléine. Cette découverte offre de nouvelles opportunités pour le développement de nouveaux agents neuro-protectifs contre la propagation des synucléinopathies. / Synucleinopathies are a group of fatal neurodegenerative diseases including Parkinson's disease, dementia with Lewy bodies, and multiple system atrophy, characterized by a chronic and progressive decline in motor, cognitive, behavioral, and autonomic functions. The hallmark of these diseases is the misfolding and aggregation of α-synuclein protein accumulating into intracellular inclusions Lewy bodies in neurons and glial cells which leads to the loss of neurons in specific brain regions. In the case of Parkinson’s disease and other neurodegenerative diseases, the pathology was shown to progress throughout the brain in a specific and predictable manner suggesting that the progression of the diseases is linked to the transfer of aggregated α-synuclein that is reminiscent of prion diseases that are infectious. Importantly, upon transplantation of fetal dopaminergic neurons in the brain of Parkinson’s patients, neuronal inclusions were found in the grafted neurons strongly suggesting that α-synuclein inclusions could transmit between neurons. While several studies showed α-synuclein propagation in vitro and in vivo the mechanism of intercellular transfer remains elusive. The aim of my thesis was to study the mechanism of transfer of α-synuclein assemblies (i.e., oligomers and fibrils) involved in Parkinson’s pathogenesis. I evidenced that α-synuclein assemblies transferred efficiently via tunneling nanotubes (TNT), F-actin based membranous bridges connecting the cytoplasm of remote cells. I demonstrated that, at the sub-cellular level, the transferred α-synuclein assemblies were specifically confined in lysosomes and that upon transfer a large amount of α-synuclein was found free in the cytosol of acceptor cells. Finally, I showed that after TNT-mediated transfer α-synuclein fibrils recruited and seeded the aggregation of the soluble α-synuclein protein in order to perpetuate aggregation. The identification of TNT as an efficient means of α-synuclein transfer opens new avenues to the development of novel therapies targeting the spreading into the brain of amyloidogenic proteins involved in neurodegenerative diseases.