Modélisations de maladies des motoneurones en utilisant le poisson zébré

Les paraplégies spastiques familiales (PSF) sont un groupe de maladie neurodégénératives hétérogènes affectant les neurones moteurs supérieurs et causant une faiblesse musculaire progressive des membres inférieurs entrainant des problèmes de marche. Plus de 60 gènes ont été lies à cette maladie, leur nombre augmentant régulièrement. La sclérose latérale amyotrophique (SLA) est une maladie neurodégénérative à déclenchement tardif qui affecte les neurones moteurs supérieurs et inférieurs, entrainant une atrophie musculaire accompagnée de spasticité. La mort, causée par une insuffisance respiratoire survient dans les 2 à 5 ans après le début de la maladie. Ces deux maladies de neurones moteurs, bien que différentes, ont des gènes et des mécanismes pathologiques en commun. Ainsi, accroitre notre connaissance de leurs similarités et de leurs différences pourra nous aider à mieux comprendre chacune individuellement. Pour étudier ces deux maladies, nous avons utilisé des modèles de poisson zébré précédemment caractérisés et en avons développé de nouveaux pour approfondir nos connaissances sur les mécanismes physiopathologiques. Dans la première partie de cette thèse, nous avons identifié le stress du réticulum endoplasmique (RE) comme un nouveau mécanisme pathologique induit par la perte de fonction de spastin, un gène impliqué dans la PSF, et avons montré que des modulateurs du stress du RE sont capables de renverser le phénotype locomoteur. Nous avons aussi identifié un nouveau gène causatif de la PSF, CAPN1 (SPG76), et avons validé in vivo la pathogénicité de sa perte de fonction en identifiant une désorganisation des réseaux de microtubules comme phénotype principal. Dans la deuxième partie de cette thèse, nous avons généré plusieurs nouveaux modèles de poisson zébré de la SLA. Deux lignées transgéniques exprimant la protéine humaine de type sauvage ou mutante sous le contrôle d’un promoteur inductible nous ont permis de reproduire des résultats obtenus précédemment par l’injection d’ARNm et d’identifier des changements transcriptomiques similaires à ceux obtenus récemment avec des modèles de souris. Nous ii avons aussi généré deux nouvelles lignées en introduisant des mutations ponctuelles liées à la SLA dans les gènes tardbp et fus du poisson zébré en utilisant la technologie CRISPR/Cas9. Ces résultats soulignent la valeur du poisson zébré comme modèle pour étudier les maladies des neurones moteurs et leurs mécanismes physiopathologiques, et suggèrent de nouvelles approches thérapeutiques. Hereditary spastic paraplegias (HSP) are a group of heterogeneous neurodegenerative diseases affecting upper motor neurons, causing progressive gait dysfunction and more than 60 genes have been linked to this disease. On the other hand, amyotrophic lateral sclerosis (ALS) is a late-onset progressive neurodegenerative disorder that affects both upper and lower motor neurons, leading to muscle atrophy with spasticity and death in two to five years due to respiratory failure. These two motor neuron disorders, while separate, share common genes and pathological mechanisms and as such, increasing our knowledge about their similarities and differences can help us have a better understanding of each of them individually. In order to study these two diseases, we used previously characterized zebrafish models and developed new ones to deepen our understanding of the pathophysiological mechanisms of HSP and ALS. In the first part of this thesis, we identified ER stress as a new pathological mechanism at play in HSP due to spastin loss-of-function and showed that ER stress modulators are able to rescue the locomotor phenotype. We also identified a new gene causative of HSP, CAPN1 (SPG76), provided in vivo validation of its loss-of-function pathogenicity and identified microtubule networks disorganization as one of the main defects. In the second part of this thesis, we generated several new zebrafish models to study ALS. Two transgenic lines expressing either a wild-type or a mutant TDP-43 protein under the control of an inducible promoter allowed us to recapitulate previous findings obtained with mRNA injections and identify transcriptomic changes due to the mutant protein that are in line with recent transcriptomic data obtained in mouse models. We also generated two new lines with knock-in of ALS-causative point mutations in the tardbp and fus zebrafish endogenous genes using the CRISPR/Cas9 technology. These results underscore the value of the zebrafish model to study motor neuron disorders and their pathophysiological mechanisms as well as open new therapeutic avenues.

Keyphrases: Sclérose latérale amyotrophique, paraplégie spastique familiale, poisson zébré, FUS, spastin, CRISPR/Cas9, stress RE, TDP-43, FUS, spastin, CRISPR/Cas9, calpain 1, Amyotrophic lateral sclerosis, hereditary spastic paraplegia, zebrafish, ER stress