Thèse présentée pour obtenir le grade de

De
Publié par

Niveau: Supérieur
Thèse présentée pour obtenir le grade de Docteur de l'Université Louis Pasteur Strasbourg I Discipline: Sciences du Vivant Spécialité: Aspects Moléculaires et Cellulaires de la Biologie par Caroline ROUAUX Soutenue publiquement le 26 Juin 2006 Docteur Anne-Laurence BOUTILLIER directeur de thèse Professeur Claude DESNUELLE rapporteur externe Docteur Eric KALKHOVEN rapporteur externe Professeur Jean-Luc IMLER rapporteur interne Docteur Annick HAREL-BELLAN examinateur Etude du rôle de la balance HAT/HDAC dans les phénomènes de neurodégénérescence: mise en évidence du rôle neuroprotecteur de CBP et des effets thérapeutiques des inhibiteurs de HDAC sur un modèle murin de sclérose latérale amyotrophique Commission d'Examen:

  • publication n°5

  • manuscrit en préparation - résumé

  • inhibition des hdacs

  • transcription des gènes neuroprotecteurs

  • apoptose neuronale

  • répression transcriptionnelle du gène cbp

  • cbp par les hdaci via l'inhibition de la gsk


Publié le : jeudi 1 juin 2006
Lecture(s) : 342
Source : scd-theses.u-strasbg.fr
Nombre de pages : 192
Voir plus Voir moins

Thèse présentée pour obtenir le grade de
Docteur de l’Université Louis Pasteur
Strasbourg I
Discipline: Sciences du Vivant
Spécialité: Aspects Moléculaires et Cellulaires de la Biologie
par Caroline ROUAUX
Etude du rôle de la balance HAT/HDAC
dans les phénomènes de neurodégénérescence:
mise en évidence du rôle neuroprotecteur de CBP
et des effets thérapeutiques des inhibiteurs de HDAC
sur un modèle murin de sclérose latérale amyotrophique
Soutenue publiquement le 26 Juin 2006
Commission d’Examen:
Docteur Anne-Laurence BOUTILLIER directeur de thèse
Professeur Claude DESNUELLE rapporteur externe
Docteur Eric KALKHOVEN
Professeur Jean-Luc IMLER rapporteur interne
Docteur Annick HAREL-BELLAN examinateurA mes proches,
de Bretagne et d’Alsace
Trugarez, Vielmols merciRemerciements
Cette thèse a été réalisée au sein du laboratoire Signalisation Moléculaire et
Neurodégénérescence (INSERM U-692) dirigé par le Dr Jean-Philippe Loeffler. Je tiens
à le remercier de m’avoir accueillie au sein de son équipe, de l’intérêt qu’il a porté à
mon travail et du soutien qu’il m’a apporté tout au long de cette période.
Je souhaite remercier tout particulièrement mon directeur de thèse, le Dr Anne-
Laurence Boutillier, pour sa grande disponibilité, son soutien et la confiance qu’elle
m’a portée. Je lui suis aussi reconnaissante de la formation qu’elle m’a donnée au
cours de ces cinq dernières années.
Je souhaite également adresser mes remerciements aux Docteurs Annick Harel-
Bellan er Eric Kalkhoven, ainsi qu’aux Professeurs Claude Desnuelle et Jean-Luc Imler,
qui ont accepté de juger ce travail de thèse.
Je remercie les Dr Frédérique René, Luc Dupuis et José-Luis Gonzalez de
Aguilar pour leurs conseils, recommandations et avis concernant la sclérose latérale
amyotrophique, les Dr Yves Larmet et Christian Gaiddon certains aspects
de biologie cellulaire et moléculaire ainsi que Marie-Jo Ruivo et Annie Picchinenna
pour leur inestimable aide technique.
Merci à tous les membres du laboratoire SMN (présents et passés) qui, par leur
gentillesse et leur bonne humeur, ont fait de cette thèse, avant tout, une très belle
expérience humaine: Stéphanie Boutillier, Corinne Mbebi-Liegeois, Anissa Fergani,
Natasa Jokic, Bastien Fricker, Benoît Halter, Irina Panteleeva, Emmanuelle Trinh,
Samir Bensosman, Carole Honigmann, Florence Sirop, Marc De Tapia, Frank Di Scala,
Andoni Echaniz-Laguna, Nicolas Deroide.
Mes remerciements s’adressent également aux Dr Pascaline Ullmann et Joern
Pütz, avec qui j’ai enseigné durant mon ATER et mon monitorat, pour leur gentillesse,
leur disponibilité et leurs conseils.
Je tiens enfin à remercier mes proches : mes parents, ma sœur aînée Virginie
et mon petit frère Mickaël, mes amis de Bretagne et d’Alsace, ainsi que Gwenn, pour
leur soutien et leurs encouragements tout au long de mes études, et tous les bons
moments partagés.SOMMAIRE
ABBRÉVIATIONS 3
INTRODUCTION 4
I. Apoptose neuronale et maladies neurodégénératives 5
I-1) L’apoptose ou mort cellulaire programmée 5
I-2) Mécanismes de l’apoptose 6
I-2-1) Caractéristiques morphologiques et biochimiques de l’apoptose 6
I-2-2) Les étapes de l’apoptose 7
I-2-3) Les voies de signalisation apoptotique 8
I-3) L’apoptose neuronale en conditions physiologiques 10
I-4) dans les maladies 11
neurodégénératives
I-5) Modélisation de l’apoptose neuronale par depletion potassique des 11
neurones en grains du cervelet
II. Régulations transcriptionnelles: rôle des HATs et HDACs 16
II-1) Phénomènes épigénétiques et le « Code Histones » 16
II-1-1) Le Code Histone 17
II-1-2) Lecture du Code Histone 18
II-2) Rôle particulier des HATs et des HDACs dans la régulation 20
transcriptionnelle
II-2-1) Les HATs et leur fonction de co-activateurs transcriptionnels 20
II-2-2) Les histone-déacétylases ou HDACs 25
II-3) CBP : une HAT d’intérêt particulier dans un contexte neuronal 28
II-3-1) Structure et fonctions de CBP 29
II-3-2) Régulations de l’activité enzymatique de CBP 31
II-3-3) Fonctions biologiques de CBP 32
II-4) Les inhibiteurs de HDAC en tant qu’outils pharmacologiques 35
III. La sclérose latérale amyotrophique 38
III-1) Définition clinique 38
III-1-1) Définition 38
III-1-2) Epidémiologie 39
III-1-3) Caractéristiques histopathologiques 39
III-1-4) Diversité de la SLA 39
III-1-5) Diagnostique de la SLA 42
III-2) Modèles animaux permettant l’étude de la SLA 44
III-3) Mécanismes de mort des motoneurones 46
III-3-1) Sress oxydant 47
III-3-2) Toxicité glutamatergique 48
III-3-3) Dommages mitochondriaux 49
III-3-4) Toxicité des agrégats protéiques 50
III-3-5) Neurofilaments et transport axonal rétrograde 52
III-3-6) Microglies et inflammation 53
III-3-7) Facteurs de croissance 54
III-3-8) Altération du métabolisme énergétique 56
III-3-9) Enclenchement de l’apoptose neuronale 56
III-4) La dimension musculaire de la maladie 58
III-5) Approches thérapeutiques de la SLA 61
RÉSULTATS 62
I. La dégradation de l’histone acétyltransférase CBP : un évènement critique de 63
l’apoptose neuronale
Publication n°1 67
1II. Le maintien de CBP et de niveaux d’acétylation physiologiques dans les 81
motoneurones participe à l’effet neuroprotecteur du valproate de sodium dans un
modèle murin de sclérose latérale amyotrophique
Manuscrit en préparation (Publication n°2) 85
III. Aperçu des participations à d’autres projets 120
Résumé de la Publication n°3 120
Manuscrit soumis - résumé (Publication n°4) 121
Manuscrit en préparation - résumé (Publication n°5) 122 123
Manuscrit soumis - résumé (Publication n°7) 124
DISCUSSION 125
Revue 131
I. La perte de CBP : dénominateur commun de diverses pathologies neurologiques 136
I-1) Les mutations du gènes cbp ou le syndrôme de Rubinstein-Taybi 136
I-2) La séquestration de la protéine CBP ou les maladies à polyglutamine 137
I-3) Le clivage protéolytique de CBP ou l’apoptose neuronale 139
I-4) La répression transcriptionnelle du gène cbp ou la SLA 140
I-5) Devenir de CBP au cours de la maladie d’Alzheimer : des résultats 141
contradictoires
II. Stratégies thérapeutiques visant à restaurer la transcription des gènes 146
neuroprotecteurs
II-1) La balance HATs/HDACs en tant que cible thérapeutique dans les 146
désordres neurodégénératifs
II-2) Maintien des niveaux protéiques de CBP 149
II-2-1) Surexpression de CBP 149
II-2-2) Inhibitions des mécanismes de perte de CBP 150
II-3) Inhibition des HDACs 152
II-3-1) Utilisation des HDACi sur des modèles cellulaires 152
II-3-2) des in vivo 155
III. L’inhibition des HDACs en tant qu’approche thérapeutique de la SLA 158
III-1) Activation de la signalisation CREB/CBP par les HDACi via l’inhibition de 159
la GSK-3ß
III-2) de gènes neuroprotecteurs par le VPA 162
III-3) Effet du VPA et des HDACi sur le muscle 164
III-4) L’effet neuroprotecteur du VPA n’est pas corrélé à la survie des animaux 167
III-5) VPA et métabolisme 168
III-6) VPA et PBA dans le traitement de la SLA 169
IV. Conclusion et perspectives 171
RÉFÉRENCES 173
2ABBRÉVIATIONS
APP Amyloid Precursor Protein
CamK Calcium/calmodulin-dependent protein Kinase
CBP CREB Binding Protein
CREB Cyclic APM Responsive Element Binding protein
DRPLA atrophie dentatorubrale-pallidoluisyane
GSK-3ß Glycogen Synthase Kinase-3ß
HAT Histone AcétylTrenaférase
HDACDéACétylase
HDACi Inhibiteur d’histone déacétylase
LTP Potentialisation à long terme
MAPK Mitogen-Activated Protein Kinase
NaBu Butyrate de Sodium
NF NeuroFilament
NGC Neurones en Grains du Cervelet
NGF Nerve Growth Factor
PBA Phénylbutyrate de Sodium
PCAF p300/CBP Associated Factor
PS Préséniline
SBMA amyotrophie spino-bulbaire (maladie de Kennedy)
SCA ataxie spinocérébelleuse
SLA sclérose latérale amyotrophique
SLAs forme familiale de la SLA
SLAf forme sporadique de la SLA
SMA atrophie musculaire spinale
SMN Survival Motor Neuron
SNC Système Nerveux Central
SOD1 SuperOxide Dismutase-1
Tip 60 Tat Interacting Protein (60kDa)
TNF Tumor Necrosis Factor
TSA Trichostatine A
VEGF Vaso-Endothelial Growth Factor
VPA Valproate de Sodium
34
INTRODUCTIONINTRODUCTION
I. Apoptose neuronale et maladies neurodégénératives
Les maladies neurodégénératives sont caractérisées par le démantèlement de
réseaux neuronaux fonctionnels, entraînant la perte progressive de populations
spécifiques de neurones. D’un point de vue cellulaire, elles se caractérisent par une
diminution de la taille des neurones ciblés, une atrophie de l’arborescence dendritique
et une diminution des terminaisons axonales (Vogels et al., 1990). De la population
neuronale ciblée par la maladie dépendent les symptômes neurologiques : ils peuvent
être d’ordre cognitif, comme c’est le cas dans la maladie d’Alzheimer ou la maladie
de Creutzfeldt-Jakob, ou moteur, à l’instar de la maladie de Parkinson ou de la
sclérose latérale amyotrophique. A l’heure actuelle, ces pathologies constituent l’un
des problèmes majeurs de santé publique dans les sociétés occidentales, en raison du
coût de prise en charge des patients et de leur prévalence, qui grandit
proportionnellement à l’allongement de la durée de vie (Waldmeier and Tatton, 2004).
Dans la plupart des cas, les traitements actuels ciblent davantage les symptômes que
les causes, avec des effets relativement modérés. En conséquence, les maladies
neurodégénératives, leurs mécanismes et leurs cibles thérapeutiques potentielles font
encore l’objet d’intenses recherches.
I-1) L’apoptose ou mort cellulaire programmée
L’apoptose est une mort cellulaire programmée, ou « suicide » cellulaire, actif
et hautement contrôlé, qui affecte des cellules isolées en absence de phénomène
inflammatoire, ce qui contraste avec la caractère stochastique et souvent
inflammatoire de la nécrose, un autre type de mort cellulaire, passive (pour revue, voir
Leist and Nicotera, 1998; McConkey, 1998). JF Kerr, AH Wyllie et AR Currie furent les
premiers à utiliser le terme d’apoptose pour décrire ce phénomène, dérivé des termes
grecs « apo » et « ptôsis », « apoptôsis » décrivant la chute des feuilles à l’automne
(Kerr et al., 1972). Elle prend naturellement place au cours de l’embryogenèse, ainsi
5que tout au long de la vie de l’adulte, permettant le renouvellement cellulaire et le
maintien de l’homéostasie tissulaire. Cependant, le dérèglement du contrôle de
l’apoptose ou de son mécanisme est un fait avéré dans différents contextes
pathologiques. Le défaut d’apoptose induit une prolifération cellulaire dangereuse,
telle qu’on peut l’observer dans le cas des cancers (Ghobrial et al., 2005). A l’inverse,
son enclenchement anormal, dans le système nerveux, contribue à la perte neuronale
observée dans les maladies neurodégénératives (Friedlander, 2003; Krantic et al.,
2005; Nicotera, 2002). En effet, de nombreuses études ont mis en évidence le rôle de
ce phénomène autodestructeur notamment dans la maladie d’Alzheimer (Behl, 2000),
ou encore la sclérose latérale amyotrophique (Sathasivam and Shaw, 2005).
I-2) Mécanismes de l’apoptose
I-2-1) Caractéristiques morphologiques et biochimiques de l’apoptose
Les cellules entrant en apoptose présentent des caractéristiques
morphologiques particulières : une dislocation de la membrane plasmique (plasma
membrane blebbing), un rétrécissement du corps cellulaire accompagné d’une
compaction des organelles cytoplasmiques ainsi qu’une condensation et une
fragmentation nucléaires (Kerr et al., 1972). A la fin du processus, les condensation etcellulaires induisent la formation de corps apoptotiques, éliminés par
phagocytose macrophagique. Ces critères morphologiques permettent de différencier
l’apoptose de la nécrose et de la « paraptose », un autre type de mort cellulaire
programmée caractérisée par une vacuolisation intensive du cytoplasme, sans
fragmentation nucléaire ou formation de corps apototiques (Sperandio et al., 2000).
La première preuve biochimique de l’apoptose est apportée en 1976, grâce aux
travaux de M Skalka et collaborateurs, qui ont mis en évidence la dégradation
intranucléosomale de l’ADN de lymphocytes irradiés (Skalka et al., 1976). En 1980, la
corrélation entre la dégradation intranucléosomale de l’ADN et l’activation
d’endonucléases au cours de l’apoptose est apportée par l’équipe de AH Wyllie et
collaborateurs (Wyllie, 1980). Cette dégradation de l’ADN, typique de l’apoptose, est
responsable du profil en échelle (DNA ladder) que l’on peut observer après migration
6sur gel d’agarose, et qui est désormais considéré comme l’un des marqueurs
biochimiques de l’apoptose. L’activation des protéases effectrices de l’apoptose, les
caspases, constitue également un marqueur biochimique de ce processus de mort
programmée. Les gènes encodant ces protéases ont initialement été clonés par
l’équipe de HR Horvitz, chez le vers Caenorabditis elegans (Xue and Horvitz, 1995;
Xue et al., 1996; Yuan et al., 1993).
I-2-2) Les étapes de l’apoptose
En tant que processus actif et programmé, l’exécution de l’apoptose requiert
de l’énergie et relève de l’application d’un programme génétique précis. Ainsi, on
décrit un déroulement de l’apoptose en trois phases : l’induction, l’engagement &
amplification, l’exécution.
Phase d’induction
La cellule reçoit et décrypte les signaux de mort : stress cellulaire (stress
oxydant, dommages causés à l’ADN, mutation de protéines), retrait de facteurs
trophiques, altération du potentiel de membrane, facteurs pro-inflammatoires…
Phase d’engagement et d’amplification sous contrôle des caspases
L’engagement de la cellule dans l’apoptose relève soit de l’activation de
récepteurs membranaires dits « à domaine de mort » (voie extrinsèque), soit d’une
altération de l’homéostasie mitochondriale (voie intrinsèque). Elle permet l’activation
de protéases spécifiques de l’apoptose, les caspases (Cysteinyl Aspartate Specific
Proteinase). Au sein de cette famille de protéases, on distingue des caspases dites
« initiatrices », activées précocement, et les caspases « effectrices », activées plus
tardivement et responsables du clivage spécifique de protéines cibles (Earnshaw et
al., 1999). Les caspases sont présentes dans la cellule sous forme de pro-caspases et
sont activées par clivage. Les caspases effectrices peuvent s’auto-activer lors de la
phase d’engagement. Elles sont en outre responsables de l’activation des caspases
effectrices, en grande quantité, caractéristique de la phase d’amplification de la
signalisation apoptotique.
7

Soyez le premier à déposer un commentaire !

17/1000 caractères maximum.

Diffusez cette publication

Vous aimerez aussi