Dérégulation de la synthèse protéique et dysfonction synaptique dans un modèle de souris d'autisme

Abstract

Les troubles du spectre autistique (TSA) sont des maladies neuro-développementales définies par des déficits cognitifs, un manque de compétences sociales et des comportements stéréotypés. La sclérose tubéreuse de Bourneville (TSC) est une des causes monogéniques les plus importantes d’autisme et d’épilepsie chez les humains. Le gène encodant le complexe 1 de la sclérose tubéreuse (Tsc1) est un des deux gènes les plus fortement associés à ces maladies. Chez des souris transgéniques qui n’expriment pas le gène Tsc1, on observe une hyperactivation de la protéine mTOR qui régule entre autres le cycle cellulaire et la synthèse protéique. De plus, on suppose que les TSA seraient issus d’un débalancement dans l’équilibre excitation/inhibition (E/I) dans certaines zones du cerveau (Rubenstein and Merzenich 2003). Cet équilibre est maintenu entre autres par les interneurones inhibiteurs qui contrôlent l’activité des cellules excitatrices. Ainsi, le but du projet est donc de déterminer les mécanismes par lesquels la synthèse de protéines régule les fonctions synaptiques des cellules excitatrices de l’hippocampe, dont l’activité dépend des interneurones inhibiteurs de cette même région. Le système Cre-Lox a été utilisé pour créer le modèle de souris KO hétérozygote du gène Tsc1 spécifique aux interneurones exprimant Nkx2.1 (souris Nkx2.1C/+; Tsc1f/+). Les changements dans l'hippocampe ont été examinés au niveau moléculaire (données non présentées), comportemental et électrophysiologique, notamment par des enregistrements de potentiels de champs dans des tranches aiguës d’hippocampe. Les souris mutantes Nkx2.1C/+; Tsc1f/+ ont démontrés un déficit dans la discrimination de contexte à l’épreuve du conditionnement à la peur par le contexte. Les résultats des expériences de stimulations pairées «paired pulse» et de stimulations progressives «input output» reflétant les phénomènes de potentialisation à court terme et de transmission de base respectivement, sont intacts chez les souris mutantes. La phase tardive de la potentialisation à long terme (PLT-tardive) est aussi préservée chez les souris Nkx2.1C/+; Tsc1f/+. Or, la phase précoce de la potentialisation à long terme (PLT-précoce) est altérée chez les souris mutantes, lorsqu’induites par le protocole 1XHFS, mais intacte en utilisant le protocole 4XTBS. Ainsi, les phénomènes de plasticité synaptique sont majoritairement intacts chez les souris mutantes Nkx2.1C/+; Tsc1f/+, cependant la PLT-précoce est altérée lorsqu’induite par le protocole 1XHFS. Par ailleurs, la transmission synaptique de base et la potentialisation à court terme sont inchangées. Une altération de l’expression du gène Tsc1 dans les interneurones exprimant Nkx2.1 entraîne donc un déficit dans la discrimination de contextes, tâche dépendante de l’hippocampe. Selon les résultats obtenus, ces déficits ne sont pas expliqués par une altération de la transmission et de la plasticité synaptique ceux-ci étant intacts chez les souris mutantes Nkx2.1C/+; Tsc1f/+.

Autism Spectrum Disorders (ASD) are neurodevelopmental disorders defined by cognitive deficits, lack of social skills, and stereotyped behaviors. Tuberous Sclerosis (TSC) is one of the most important monogenic cause of autism and epilepsy in humans. The complex 1 of tuberous sclerosis (Tsc1) gene is one of the two genes most strongly associated with these diseases. In knockout Tsc1 mice, hyperactivation of the mTOR protein, the main regulator of the cell cycle and protein synthesis, is observed. In addition, it has been hypothesized that ASDs would result from imbalance in the excitation / inhibition ratio in certain areas of the brain (Rubenstein and Merzenich 2003). Thus, the goal of the project is to determine the mechanisms by which protein synthesis regulates synaptic functions in interneurons of the hippocampus. The Cre-Lox system was used to create the heterozygous KO mouse model of the interneuron-specific Tsc1 gene (Nkx2.1C/+; Tsc1f/+). Changes in the hippocampus were examined at the molecular (data not shown), behavioral and electrophysiological levels, including field potential recordings in acute hippocampal slices. The Nkx2.1C/+; Tsc1f/+ mutant mice demonstrated a deficit in contextual fear conditoning. Paired pulse and input/output experiments demonstrated intact short-term potentiation as well as late-LTP elicited by a 15XTBS protocol. However, E-LTP was altered in mutant mice using the 1XHFS protocol, but intact using the 4XTBS protocol. The laboratory also demonstrated in Nkx2.1C/+; Tsc1f/+ mice a decrease in mCPSI of interneurons when induced by optogenetics, resulting in a disruption of inhibitory transmission (data not shown). Overall, an alteration of the expression of the Tsc1 gene in the PV and SOM interneurons leads to a deficit in context discrimination, a task dependent on the hippocampus. These deficits could be explained by a decrease in inhibitory transmission, making the circuit hyperexcitable and disturbing the E/I equilibrium.