Modélisation du Parkinson dégénératif via des systèmes de culture cellulaire et des modèles lésionnels chez le nématode C. elegans : application à l’étude des mécanismes de la mort neuronale et à l’évaluation de traitements candidats - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2022

Modeling degenerative Parkinson's disease via cell culture systems and lesion models in the nematode C. elegans : application to the study of neuronal death mechanisms and evaluation of candidate treatments.

Modélisation du Parkinson dégénératif via des systèmes de culture cellulaire et des modèles lésionnels chez le nématode C. elegans : application à l’étude des mécanismes de la mort neuronale et à l’évaluation de traitements candidats

Résumé

This thesis work allowed me to address several topics related to degenerative Parkinsonism and its treatment. In particular, I was interested in the etiological role that an organochlorine pesticide, chlordecone (CLD) could have in the occurrence of parkinsonian syndromes in the French West Indies. I have shown (i) that CLD induces progressive degeneration of dopaminergic neurons in culture, by stimulating the production of radical oxygen species and causing mitochondrial dysfunction, (ii) that the effects of CLD are not synergistic with those of annonacin, a plant toxin implicated in atypical forms of degenerative Parkinson, (iii) that CLD stimulates the accumulation of a pathological phosphorylated form of the tau protein, specific to tauopathies but not that of alpha-Synuclein (α-Syn), typical of synucleinopathies, (iv) that in the C elegans model, CLD induces progressive dopaminergic degeneration, associated with a specific behavioral deficit, corrected by L-DOPA, (v) that CLD promotes p-tau accumulation in a transgenic line of C. elegans worms expressing a human tau isoform, and (vi) that the cholinergic and serotonergic neurotransmitter systems are also affected in the nematode after chronic exposure to CLD. Secondly, I carried out work aimed at characterizing the effects of a synthetic compound that is naturally present in the seeds of Mucuna pruriens, a plant used in Ayurvedic medicine for the treatment of Parkinson disease. Since this compound, acts as a specific COMT inhibitor, we wanted to determine if it could improve the therapeutic efficacy of L-DOPA. My results show that compound of interest and Tolcapone, a reference inhibitor of this enzyme, restore the dopaminergic motor behavior, when used in co-treatment with L-DOPA (i) on C. elegans nematodes having undergone partial destruction of their dopaminergic system with MPP+, (ii) or in a rodent model of unilateral lesioning of the nigrostriatal pathway with 6-OHDA. This tested compound is slightly less effective than Tolcapone and has a shorter duration of action in rats. Assays to quantify L-DOPA, DA and their metabolites, at the cerebral level, indicate that this compound probably acts as a peripheral COMT inhibitor whereas Tolcapone acts, at the peripheral and central levels. Finally, in a last step, I tried to better understand how doxycycline, a broad-spectrum antibiotic of the tetracycline family, could exert neuroprotective effects in degenerative Parkinsonism. Specifically, I first confirmed the anti-aggregation potential of doxycycline using the RT-QuiC assay, a cell-free, automated technique to measure amyloid aggregation of α-Syn monomers in real-time. By using different cellular models that allow to follow the evolution of the process of aggregation of α-Syn, in the presence or in the absence of fibrillary forms of α-Syn, we have shown that doxycycline modulates the number and size of α-Syn inclusions. We have also shown that fibrils formed in the presence of doxycycline lose their ability to induce free radical species compared to control fibrils, which suggests that new species formed with doxycycline have a reduced toxic potential. Finally, we show that doxycycline causes a redistribution of α-Syn aggregates and a decrease in their size in a C. elegans nematode line, in which human α-Syn is expressed in dopaminergic neurons. These effects are accompanied by a restoration of certain morphological parameters and a correction of motor behavioral dysfunction associated with dopamine deficiency. Overall, our work has made it possible not only to advance in the understanding of the mechanisms at the origin of degenerative Parkinsonism but also to propose innovative therapeutic solutions for its treatment.
Ce travail de thèse m’a permis d’aborder plusieurs thématiques en lien avec le Parkinson dégénératif et son traitement. Notamment, je me suis intéressée au rôle étiologique qu’un pesticide organochloré, le chlordécone (CLD) pourrait avoir dans la survenue de syndromes parkinsoniens dans les Antilles françaises. J’ai montré (i) que le CLD induit une dégénérescence progressive des neurones dopaminergiques en culture, en stimulant la production d’espèces radicalaires de l’oxygène et en causant un dysfonctionnement mitochondrial, (ii) que les effets du CLD dans ne sont pas synergiques avec ceux de l’annonacine, une toxine végétale impliquée dans des formes atypiques de Parkinson dégénératif, (iii) que le CLD stimule l’accumulation d’une forme phosphorylée pathologique de la protéine tau, propre aux tauopathies mais pas de la forme phosphorylée d’α -Synucléine (α-Syn), typique des synucléinopathies, (iv) que dans le modèle C elegans, le CLD induit une dégénérescence dopaminergique progressive, associée à un déficit comportemental spécifique, corrigé par la L-DOPA, (v) que le CLD favorise l’accumulation de p-tau dans une lignée transgénique de C. elegans exprimant une isoforme de tau humaine, et (vi) que les systèmes de neurotransmetteurs neuronaux cholinergiques et sérotoninergiques sont également affectés chez le nématode après exposition chronique au CLD. Dans un second temps, j’ai développé un travail visant à caractériser les effets d’un composé de synthèse, naturellement présent dans des graines de Mucuna pruriens, une plante utilisée en médecine ayurvédique pour le traitement du Parkinson. Etant donné que ce composé, agit comme un inhibiteur spécifique de la COMT, nous avons voulu déterminer s’il pouvait améliorer l’efficacité thérapeutique de la L-DOPA. Mes résultats montrent que ce composé et la Tolcapone, un inhibiteur de référence de cette enzyme, restaurent un comportement moteur dopaminergique, lorsqu’ils sont utilisés en co-traitement avec la L-DOPA (i) sur des nématodes C. elegans ayant subi une destruction partielle de leur système dopaminergique avec du MPP+, (ii) ou dans un modèle rongeur de lésion unilatérale de la voie nigrostriée par la 6-OHDA. Le composé d’intérêt s’avère légèrement moins efficace que la Tolcapone chez le rat. Les dosages de la L-DOPA, de la DA et de leurs métabolites au niveau cérébral, indiquent que ce composé pourrait agir comme un inhibiteur périphérique de la COMT. Enfin, dans un dernier temps, j’ai essayé de mieux comprendre comment la doxycycline, un antibiotique à large spectre de la famille des tétracyclines, pourrait exercer des effets neuroprotecteurs dans le Parkinson dégénératif. Précisément, j’ai d’abord confirmé le potentiel anti-agrégant de la doxycycline par l’utilisation d’une technique d’amplification ex vivo permettant de mesurer en temps réel l’agrégation amyloïde des monomères d’α-Syn. En utilisant différents modèles cellulaires permettant de suivre l’évolution du processus d’agrégation de l’α-Syn, nous avons pu montrer que la doxycycline module le nombre et la taille des inclusions d’α-Syn. Nous avons aussi montré que des fibrilles formées en présence de doxycycline présentent un potentiel toxique diminué. Enfin, nous montrons que la doxycycline provoquerait une redistribution des agrégats d’α-Syn et une diminution de leur taille dans une lignée transgénique de C. elegans dans laquelle l’α-Syn humaine est exprimée dans les neurones dopaminergiques. Ces effets s’accompagnent d’une restauration de certains paramètres morphologiques et d’une correction des dysfonctionnements de comportement moteur, associés au déficit en dopamine. Au total, notre travail a permis non seulement d’avancer dans la compréhension des mécanismes à l’origine du Parkinson dégénératif mais aussi de proposer des solutions thérapeutiques innovantes pour son traitement.
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Origine : Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-04100644 , version 1 (18-05-2023)

Identifiants

  • HAL Id : tel-04100644 , version 1

Citer

Gina Valeria Parrales Macias. Modélisation du Parkinson dégénératif via des systèmes de culture cellulaire et des modèles lésionnels chez le nématode C. elegans : application à l’étude des mécanismes de la mort neuronale et à l’évaluation de traitements candidats. Neurobiologie. Sorbonne Université, 2022. Français. ⟨NNT : 2022SORUS469⟩. ⟨tel-04100644⟩
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