Implication de l'expression et localisation de TDP-43 dans le mécanisme des granules de stress dans la sclérose latérale amyotrophique

Abstract

Les granules de stress (GSs) sont des foyers cytoplasmiques qui se forment en réponse à divers stimuli externes ou internes et sont essentiels à la survie cellulaire après un stress. Les GSs sont étudiés dans plusieurs maladies, dont la sclérose latérale amyotrophique (SLA) et la démence fronto-temporale (DFT), qui entraînent respectivement la dégénérescence des neurones moteurs et corticaux, et dont la pathogénie est en lien avec TDP-43. Cette protéine liant l’ARN, dont l’expression est principalement nucléaire a été découverte comme composante d’agrégats cytoplasmiques positifs pour l'ubiquitine dans les neurones et certaines cellules gliales des patients. Jusqu'à présent, les études sur le rôle de TDP-43 dans les GSs ont principalement utilisé des lignées cellulaires transformées et ont donc nécessité l'extrapolation des mécanismes aux types de cellules affectées par la SLA / FTD, masquant potentiellement les effets spécifiques aux types cellulaires. Dans cette étude, nous avons établi la dynamique des GSs dans les neurones moteurs et corticaux primaires ainsi que dans les astrocytes. Nos données suggèrent une spécificité liée au type cellulaire et au stress et démontrent l’exigence d’expression de TDP-43 nucléaire pour une dynamique efficace des GSs. En outre, sur la base de notre approche in vitro, nos données suggèrent que le vieillissement pourrait être un important modificateur de la dynamique des GSs, ce qui pourrait être pertinent pour l’initiation et / ou la progression de maladies neurodégénératives liées à l’âge. Dans notre modèle de souris in vivo, nous avons pu observer la formation de granules d'ARNm dans différentes régions du cerveau et dans la moelle épinière après un choc hyperthermique. Cette formation est inhibée avec l'âge. Enfin, la déplétion nucléaire de TDP-43 induit une diminution de G3BP1, une protéine d’échafaudage importante pour l’assemblage des GSs, dans les neurones moteurs suite à la lésion du nerf sciatique chez la souris. Ce résultat montre une perte de fonction nucléaire de TDP-43 in vivo pouvant ultimement affecté la réponse au stress. Ensemble, mes travaux de thèse ont fait progresser les études de GSs dans le domaine des maladies neurodégénératives et ont démontré pour la première fois, in vivo, la perte de la fonction nucléaire de TDP-43 par suite de la dérégulation de G3BP1.

Stress granules (SGs) are cytoplasmic foci that form in response to various external stimuli and are essential to cell survival following stress. SGs are studied in several diseases, including amyotrophic lateral sclerosis (ALS) and fronto-temporal dementia (FTD), which involve the degeneration of motor and cortical neurons, respectively, and are now realized to be linked pathogenically by TDP-43, originally discovered as a component of ubiquitin-positive aggregates within patients’ neurons and some glial cells. So far, studies to undercover the role of TDP-43 in SGs have used primarily transformed cell lines, and thus rely on the extrapolation of the mechanisms to cell types affected in ALS/FTD, potentially masking cell specific effects. Here, we investigate SG dynamics in primary motor and cortical neurons as well as astrocytes. Our data suggest a cell and stress specificity and demonstrate a requirement for TDP-43 for efficient SG dynamics. In addition, based on our in vitro approach, our data suggest that aging may be an important modifier of SG dynamics which could have relevance to the initiation and/or progression of age-related neurodegenerative diseases. In our in vivo mouse model, we can observe formation of mRNA granules in different regions of the brain and in the spinal cord following hyperthermic choc. This formation is inhibited with age. Finally, nuclear depletion of TDP-43 induce a decrease of G3BP1, important scaffolding protein for SG assembly, in motor neurons following sciatic injury, in mice. This result show a loss of nuclear function of TDP-43 in vivo with a possible repercussion on the stress response. Together my thesis work has advanced SGs studies in the field of neurodegenerative diseases as well as shown for the first time in vivo proof of loss of TDP-43 nuclear function through G3BP1 misregulation.