Titre de l'écran-titre (visionné le 12 avril 2024) / La neuropathie axonale géante (GAN) est une maladie neurodégénérative autosomique récessive mortelle. Les phénotypes d'apparition de la GAN sont des déficits des voies sensorielles et motrices qui évoluent vers l'aréflexie, la perte de la sensibilité profonde et superficielle, l'altération de la démarche, la perte de déplacement autonome et la mort dans les 10 à 30 ans. La gigaxonine est un adaptateur spécifique de substrat des protéines de la famille Cul3-E3 ligase qui favorise la dégradation des protéines du cytosquelette par médiation protéasomale, notamment des protéines de la famille des filaments intermédiaires (IFs). La perte de fonction de la protéine gigaxonine entraîne l'agrégation des protéines des neurofilaments (NFs) dans le système nerveux central (SNC) et le système nerveux périphérique (SNP). La biopsie du nerf sural de patients atteints de GAN a révélé une accumulation massive de IFs provoquant un gonflement des axones, une caractéristique typique de la maladie de GAN. Des fibroblastes humains et des motoneurones iPSc cultivés in vitro ont présenté une accumulation importante de IFs en l'absence de gigaxonine. En outre, les souris knock-out à la gigaxonine présentaient des niveaux accrus de protéines NFs dans le cerveau, la moelle épinière et le nerf sciatique entre l'âge de 3 et 18 mois. Malgré l'accumulation de NFs, ces souris n'ont pas développé de phénotypes typiques de la maladie de la GAN. De plus, les axones géants étaient absents chez ces animaux. Il est bien établi que les NFs jouent un rôle important dans le SNC et le SNP en maintenant le cytosquelette neuronal, la régulation synaptique et le transport axonal. Cependant, nous ne savons toujours pas dans quelle mesure les accumulations de NFs contribuent à la maladie de la GAN. Des études antérieures ont révélé que la formation d'accumulations de NF est parfois associée à un transport axonal défectueux. Dans la maladie de Charcot-Marie-Tooth, il a été constaté que les mutations du gène NEFL encodant la sous-unité légère des neurofilaments (Nefl) provoquaient des accumulations de NFs et des défauts dans le transport axonal. En outre, la cultivation des neurones présentant des NFs désorganisés en raison de la surexpression du gène PRPH encodant la périphérine (Prph) dans des cellules portant un knock-out du gène Nefl ont présenté un transport axonal des organelles aberrant. Dans cette étude, nous avons généré une souris double transgénique de la maladie de GAN qui est basée sur le croisement de souris transgéniques surexprimant la périphérine (souris TgPer) dans un contexte de portant un knock-out du gène encodant gigaxonine (Gan-/-). Les souris Gan-/-;TgPer obtenues développent à un jeune âge des accumulations de IFs composées des protéines NFs et Prph provoquant le gonflement des motoneurones. En outre, les souris Gan-/-;TgPer présentent des déficits cognitifs et moteurs à l'âge de 12 mois. La microscopie a révélé une perte substantielle du calibre des neurones et des axones chez ces souris. De manière intéressante, des axones géants (≥160µm²) remplis de IF désorganisés ont également été trouvés chez ces souris, une caractéristique typique de la maladie de le GAN. En outre, nous avons également examiné les effets de l'agrégation des NF sur le transport axonal. L'imagerie de cultures de neurones des ganglions spinaux (neurones DRG) Gan-/- a montré un transport axonal défectueux des mitochondries et des lysosomes. De plus, le traitement avec la Tubastatine A (TubA) a augmenté les niveaux de tubuline acétylée et a restauré le transport axonal normal des mitochondries et des lysosomes dans ces neurones DRG en culture. Nous avons également testé l'effet du médicament TubA chez les souris Gan-/- ;TgPer. À l'âge de 12 mois, le traitement au TubA des souris Gan-/-;TgPer pendant quelques semaines a entraîné une légère amélioration de la fonction motrice, et en particulier une amélioration significative de la démarche. En conclusion, nous avons réussi à générer un modèle murin de la maladie de la GAN présentant une désorganisation des NF, des déficits cognitifs et un dysfonctionnement moteur. De plus, nous avons montré que la déficience en gigaxonine entraîne une désorganisation des NF ainsi qu'une altération du transport axonal antérograde des organelles. Les souris Gan-/-;TgPer devraient être utiles pour étudier les changements pathogéniques associés à la maladie de la GAN et pour tester des médicaments potentiels. / Giant axonal neuropathy (GAN) is a fatal autosomal recessive neurodegenerative disease. Onset phenotypes of GAN are sensory and motor tract deficits which progress into areflexia, loss of deep and superficial sensitivity, gait impairment, loss of ambulance, and death occurs within 10-30 years of the phenotypic onset. Gigaxonin is a substrate-specific adaptor of the Cul3-E3 ligase family proteins that promotes proteasomal-mediated-degradation of cytoskeletal proteins including intermediate filament (IF) family proteins. Loss of function in gigaxonin protein causes the aggregation of neurofilament (NF) proteins in the central nervous system (CNS) and in the peripheral nervous system (PNS). Sural nerve biopsy of GAN patients revealed massive accumulation of IFs causing swelling of axons, a typical characteristic of GAN disease. In vitro cultured human fibroblasts and iPSc motor neurons exhibit severe accumulation of IFs in absence of gigaxonin. Further, gigaxonin knockout mice shows increased levels of NF proteins in brain, spinal cord, and sciatic nerve from the age 3 to 18 months. Despite NF accumulations these mice did not develop overt phenotypes of GAN disease. Moreover, giant axons were absent in these animals. It is well established that NFs play an important role in CNS and PNS in maintaining the neuronal cytoskeletal, synaptic regulation, and axonal transport. Yet, it remains unknown to what extent NF accumulations contribute to the GAN disease. Past studies revealed that the formation of NF accumulations is sometimes associated with defective axonal transport. In Charcot-Marie-Tooth disease mutations in the neurofilament, NEFL gene were found to cause accumulations of NFs and defects in axonal transport. In addition, cultured neurons with disorganized NFs due to overexpression of PRPH gene in the context of NEFL knockout exhibited aberrant axonal transport of organelles. In the present study, we have generated a double transgenic mouse model of GAN disease which is based on the crossing of transgenic mice overexpressing peripherin protein (TgPer) in context of gigaxonin knockout (Gan-/-). The resulting Gan-/-;TgPer mice at a young age develop IF accumulations made up of NF and Prph proteins causing the swelling of the spinal neurons. In addition, Gan-/-;TgPer mice exhibited cognitive and sensory-motor deficits at 12 months of age. Microscopy has revealed substantial neuronal and axon caliber loss in these mice. Interestingly, giant axons (≥160µm²) were also found in these mice filled with disorganized IF, a typical characteristic of GAN disease. In addition, we have also examined the effects of NF aggregation on axonal transport. Live cell imaging has shown defective axonal transport of mitochondria and lysosomes in Gan-/- cultured DRG neurons. Further, the treatment with Tubastatin A (TubA) increased the levels of acetylated tubulin and restored normal axonal transport of mitochondria and lysosomes in these cultured DRG neurons. Furthermore, we also tested the effect of the TubA drug in Gan-/- ;TgPer mice. At 12 months of age, TubA treatment of Gan-/-;TgPer mice for a few weeks led to a slight amelioration of motor function, and a significant improvement in gait. In conclusion, we have successfully generated a mouse model of GAN disease exhibiting NF disorganization, cognitive deficits, and sensory-motor dysfunction. Furthermore, we have shown that gigaxonin deficiency causes NF disorganization as well as impairment of anterograde axonal transport of organelles The Gan-/-;TgPer mice should be useful to investigate the pathogenic changes associated with GAN disease and for testing potential drugs.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LAVAL/oai:corpus.ulaval.ca:20.500.11794/141743 |
| Date | 18 April 2024 |
| Creators | Nath, Banshi |
| Contributors | Julien, Jean-Pierre |
| Source Sets | Université Laval |
| Language | English |
| Detected Language | French |
| Type | COAR1_1::Texte::Thèse::Thèse de doctorat |
| Format | 1 ressource en ligne (xix, 156 pages), application/pdf, application/zip, text/plain |
| Rights | http://purl.org/coar/access_right/c_abf2 |
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