UPThèses

Le fonctionnement du système nerveux dépend de la mise en place d'un réseau complexe de connexions neuronales au cours du développement embryonnaire et postnatal. Comprendre comment ces réseaux neuronaux s'établissent est un axe majeur de la neurobiologie du développement. Au-delà de son importance fondamentale, la compréhension des mécanismes cellulaires et moléculaires du guidage axonal représente un enjeu capital pour appréhender les situations pathologiques consécutives à des troubles lésionnels ou dégénératifs du système nerveux, compte tenu de l'importance des mécanismes développementaux dans la réparation des circuits neuronaux adultes. Au sein de l'équipe Physiopathologie des Troubles Neurodégénératifs et Adaptatifs de l'unité CNRS UMR 6187, le Pr. Afsaneh Gaillard a récemment réussi à reconstruire la voie nigrostriée dans un modèle murin de la maladie de Parkinson, par greffe de cellules embryonnaires issues du mésencéphale ventral. Afin d'identifier les mécanismes moléculaires mis en jeu, nous nous sommes attachés à étudier les mécanismes de guidage axonal des neurones dopaminergiques issus du mésencéphale ventral vers leur région cible, le striatum, pendant l'embryogenèse chez la souris. De précédentes études ont suggéré l'implication du couple de molécules de guidage éphrine-A5/EphA5 en se basant sur l'expression de leurs ARNm respectivement mis en évidence dans le striatum et dans le mésencéphale ventral. Cependant, aucune implication fonctionnelle n'a été démontrée. Ainsi, nous sommes-nous tout d'abord attachés à décrire, in vivo, l'expression de la protéine éphrine-A5 par immunohistochimie dans le système nerveux central de la souris au cours du développement, avant d'émettre l'hypothèse de l'implication de l'interaction éphrine-A5/EphA5 dans la mise en place de la voie mésostriatale. Nous avons notamment détecté à proximité des axones dopaminergiques, pendant l'embryogenèse et le développement post-natal, l'expression de la protéine éphrine-A5 dans le thalamus, dans le télencéphale ventral selon un gradient décroissant rostro-caudal et ventro-dorsal, et dans le striatum. Nous avons montré, in vitro par immunocytochimie et in vivo par immunohistochimie, qu'une proportion de neurones dopaminergiques exprime la protéine réceptrice EphA5. De plus, nous avons observé, par stripe assay, que la protéine purifiée éphrine-A5 exerce un effet répulsif sur la majorité des projections dopaminergiques. Chez l'embryon dont le gène codant pour éphrine-A5 a été invalidé, nous avons mis en évidence, par western blot, une diminution de l'expression de la tyrosine hydroxylase, marqueur des neurones catécholaminergiques, dans le mésencéphale ventral. L'ensemble de ces résultats suggèrent que les éphrines-A, et plus particulièrement éphrine-A5, participent au guidage axonal et à la mise en place topographique des connexions dopaminergiques mésostriatales. Ce travail nous a amenés à proposer un nouveau modèle de guidage axonal des connexions dopaminergiques mésostriatales chez la souris, dans lequel l'interaction répulsive éphrine-A5/EphA5 participerait au maintien de la trajectoire rostro-ventrale de la voie mésostriatale et à la distribution topographique des projections dans le striatum.

La maladie de Parkinson (MP) est caractérisée par une dégénérescence des neurones dopaminergiques de la voie nigrostriée. La thérapie cellulaire, par transplantation intranigrale de cellules fœtales issues de mésencéphale ventral (MV), assure un rétablissement anatomique et fonctionnel de cette voie. Des molécules de guidage axonal (MGA) joueraient ainsi un rôle dans la reconnexion axonale des cellules transplantées. Pour tester cette hypothèse, nous avons étudié l'expression de MGA dans le cerveau adulte intact et dans des cellules destinées à la transplantation, ainsi que dans le cerveau adulte d'un modèle murin de la MP après transplantation. Dans le tissu intact, nous avons montré que semaphorin7A (Sema7A) et Sema3A et leurs récepteurs, plexinC1 et neuropilin1, conservent leur expression protéique. De plus, grâce à l'utilisation de puces à ADN, nous avons montré que les récepteurs Robo2, neuropilin1, neuropilin2, EphA5 et DCC sont exprimés de manière différentielle dans les deux populations cellulaires utilisées pour la transplantation. Ceci suggère que ces molécules seraient impliquées dans la restauration fonctionnelle observée. Enfin, dans le tissu lésé, nous avons observé, par RT-qPCR, des variations d'expression de l'ARNm de ces MGA après transplantation intranigrale des cellules fœtales du MV, suggérant plus particulièrement l'implication de Sema3A, Sema3F et Sema7A dans la reconstruction de la voie. Ce travail met en lumière l'action de sémaphorines dans le guidage axonal des cellules transplantées. L'intégration de ces MGA dans les procédures de transplantation pourrait aider à optimiser les procédures de thérapie cellulaire dans la MP.

Les maladies neurodégénératives telles que la maladie de Parkinson (MP) et les lésions traumatiques corticales (LTC) sont la cause la plus courante de mort neuronale et constituent un problème majeur de santé publique puisque des centaines de milliers de personnes sont touchées chaque année dans le monde. De nombreux efforts sont développés pour comprendre les bases moléculaires et cellulaires des processus neurodégénératifs afin de mettre au point des thérapeutiques efficaces. En effet, de nombreux traitements chirurgicaux et pharmacologiques ont été développés, néanmoins ils sont le plus souvent symptomatiques et ne rétablissent pas complètement les voies en dégénérescence. Ainsi, la thérapie cellulaire est une approche thérapeutique prometteuse pour restaurer les voies endommagées et remplacer les neurones perdus dans la MP et les LTC. Dans ce travail, nous avons étudié les mécanismes moléculaires et cellulaires après thérapie cellulaire dans des modèles murins de la MP et de LTC. Dans la MP, les transplantations de cellules fœtales ont longtemps été considérées comme une approche thérapeutique attrayante pour restaurer la connectivité dopaminergique (DA) nigrostriatale endommagée et qui est initialement mise en place sous l’influence de signaux de guidage axonaux. Notre équipe et d'autres avons montré que la transplantation intranigrale de cellules de mésencéphale ventral fœtal chez des souris adultes modèles de la MP, rétablissait les déficits moteurs. De plus, nous avons précédemment montré que la molécule de guidage axonal Sémaphorine7A (Sema7A) pourrait être plus particulièrement impliquée dans cette restauration car son expression varie après la greffe dans plusieurs régions de la voie nigrostriée. Nous avons ainsi étudié l’influence de Sema7A sur la reconstruction de la voie nigrostriée dans un modèle murin toxique de la MP, et après greffe de cellules de mésencéphale ventral fœtal. Nous avons également testé l’influence de cette molécule sur l’établissement de la voie au cours de l’embryogenèse et dans le cerveau adulte intact en utilisant des souris déficientes en Sema7A. Nous avons montré que Sema7A est nécessaire au développement des neurones DA dans le mésencéphale ventral au cours de l'embryogenèse et qu'elle est exprimée de manière différentielle dans le striatum adulte, ce qui suggère son implication dans la topographie DA nigrostriatale. L’étude après thérapie cellulaire dans un modèle murin de la MP, nous a permis de suggérer un rôle de Sema7A dans les processus de neuroinflammation connus pour diminuer la survie des cellules greffées. Ces résultats apportent de nouvelles connaissances sur la fonction de Sema7A dans le développement des neurones DA et sur les stratégies de protection des cellules greffées dans les approches de thérapie cellulaire. Enfin, nous avons exploré le protéome des régions liées à la voie nigrostriée chez l’adulte après greffe de cellules fœtales. Les lésions corticales sont également des candidats aux stratégies de remplacement cellulaire afin d’améliorer la récupération fonctionnelle et la réparation anatomique. Ainsi, comme présenté dans la deuxième partie de ce travail, nous avons évalué les effets de la greffe de cellules neurales dans un modèle murin de LTC. Nous avons observé que l’implantation de cellules souches neurales embryonnaires ou de cellules différenciées diminue la neuroinflammation et améliore la neurogenèse après la greffe. De plus, l'association d'une greffe de cellules souches neurales à des injections d'acide gras polyinsaturé (l’acide docosahexaénoïque ou DHA) atténue de manière significative les déficits de la fonction motrice induite par le LTC et favorise la neurogenèse. En conclusion, envisager une stratégie thérapeutique combinant des protocoles de greffe de cellules et ciblant des molécules spécifiques impliquées dans le fonctionnement normal des circuits neuronaux pourrait améliorer la récupération chez les patients atteints de la MP et de LTC.