Search

Huntington disease (HD) is an autosomal dominant inherited neurological disorder conducting to the appearance of motors, psychiatrics and cognitives symptoms during mid-adulthood. HD is characterised by a massive neurodegenerescence of both striatal and cortical neurons. HD is caused by a mutation in coding region of the protein Huntingtin (HTT) leading to the production of a mutated form (mHTT). mHTT gain new toxic function but also loss some of normal function of HTT. Therefore, studying both gain and loss of function is mandatory to better understand the physiopathological progression of HD.HTT and mHTT both contribute to development of cerebral structures. Our hypothesis is that developmental defects induced by mHTT could contribute at least in part to the physiological progression of HD. Our work focuses on cerebral cortex development a structure which is largely impacted in HD. Our previous studies demonstrated roles of HTT and the effect of mHTT in neuronal precursor proliferation during neurogenesis. However, roles and functions of HTT and mHTT during later step of cortical neurogenesis remain elusive.My PhD project has focused on two main aspects: (i) study the function of HTT in newborn post-mitotic neurons in cerebral cortex, notably during their migration and maturation, and (ii), characterising cortical neurogenesis in genetically integrated mouse model of HD: zQ175., La maladie de Huntington (MH) est un trouble neurologique transmis selon un mode autosomique dominant qui conduit à l’apparition de symptômes moteurs, psychiatriques et cognitifs chez l’adulte. La MH est caractérisée par une neurodégénérescence massive des neurones striataux et corticaux. La MH est causée par une mutation de la séquence codante de la protéine Huntingtine (HTT) conduisant à la production d’une protéine mutée (mHTT). La mHTT gagne de nouvelles fonctions toxiques mais perd aussi certaines fonctions normales. L’étude de ces deux aspects (à la fois gain et perte de fonction) est donc indispensable à la compréhension du processus pathologique de la MH.La HTT et mHTT participent au développement des structures cérébrales. Notre hypothèse est donc que les défauts développementaux induits par la mHTT contribuent à la progression physiopathologique de la MH. Notre équipe s’intéresse tout particulièrement au développement du cortex cérébral, largement atteint dans la MH. Nos précédentes études ont démontré le rôle de la HTT et l’effet de sa mutation dans la prolifération des précurseurs neuronaux du cortex cérébral. Cependant, les fonctions de la HTT et de la mHTT lors des étapes plus avancées du développement cortical, restent à ce jour inconnues.Mon projet de thèse se décompose en deux axes principaux : (i) l’étude des fonctions de la HTT dans les neurones nouvellement produits dans le cortex en développement, notamment au cours de leur migration et de leur maturation dendritique et (ii), la caractérisation de la neurogenèse corticale dans un modèle génétique de la MH : zQ175.

Huntington Disease (HD) is a rare multisystemic neurodegenerative genetic disorder, which combines psychiatric, cognitive and motor alterations. It is caused by an increase in CAG repeats in the huntingtin gene, resulting in an expansion of polyglutamine stretch in the protein. This induced a loss of the huntingtin protein (HTT) normal function associated with production of a mutant protein. HTT is an ubiquitous microtubules associated protein, with numerous functions among which vesicles and organelles traffic along microtubules. Along this line, one of its functions could be the traffic of reticulum vesicles to form contact point with the plasma membrane in neurons. Moreover, a phenocopy named Huntington’s disease like 2 is due to junctophilin-3 loss of function. Junctophilin 3 is involved in contact points between endoplasmic reticulum and plasma membrane in neurons. These studies are dedicated to the validation of the hypothesis of the role of HTT in contact points between endoplasmic reticulum and plasma membrane in another model, in which contacts between reticulum and plasma membrane are of major importance: the skeletal muscle cell. Indeed, the contact points between sarcoplasmic reticulum and plasma membrane (T-Tubule), called the triads, are the basis of excitation-contraction coupling in muscle. In these studies, we develop cellular and animals models with a loss of expression of HTT in skeletal muscle specifically. Theses studies show that calcium release is altered at the cellular level and muscle force is altered at animal model level. Theses alterations are correlated with loss of expression of the main receptors of the triad. Finally, fragment of the normal protein can restore calcium defects. Theses studies put forward the role of huntingtine in skeletal muscle., La maladie de Huntington (HD) est une pathologie génétique multisystémique neurodégénérative rare caractérisée par des atteintes motrices, cognitives et psychiatriques. Elle est due à une augmentation de la répétition de triplet CAG dans l'exon 1 du gène HTT, dont la taille normale est de 6 à 35 répétitions. Cette expansion de triplets conduit à la présence d'une répétition de glutamine de taille anormale dans l'extrémité N-terminale de la protéine huntingtine (HTT). Les conséquences de la mutation sont d’une part la diminution de l’expression de la protéine non mutée et d’autre part l’expression d’une protéine mutée. L’une des fonctions de la HTT est le transport intracellulaire de vésicules le long des microtubules dans les neurones. Par ailleurs, une phénocopie : Huntington disease like 2 maladie ayant un phénotype similaire, est due à une perte de fonction de la junctophilin-3 ayant pour rôle l’établissement de points de contact entre la membrane plasmique et le reticulum endoplasmique au niveau neuronal. Les présents travaux visent à découvrir les mécanismes au sein desquels la HTT est impliquée dans un modèle différent de la cellule neuronale : la cellule musculaire. En effet, les points de contact nommées triades sont le cœur du couplage excitation-contraction. Les travaux ont permis de montrer, après avoir créé des modèles cellulaires et in vivo avec baisse d’expression de la protéine, un défaut de la fonction musculaire au niveau cellulaire comme au niveau physiologique. Les relâchements calciques sont altérés. La force est diminuée. De plus, ces altérations de fonctionnement sont corrélées à une baisse d’expression des principaux récepteurs de la triade. Enfin, une fraction exogène de la partie N-terminale de la protéine non mutée restaure les défauts calciques observés. La huntingtine a donc un rôle prépondérant dans la fonction princeps du muscle : la contraction.

Huntington Disease (HD) is a rare multisystemic neurodegenerative genetic disorder, which combines psychiatric, cognitive and motor alterations. It is caused by an increase in CAG repeats in the huntingtin gene, resulting in an expansion of polyglutamine stretch in the protein. This induced a loss of the huntingtin protein (HTT) normal function associated with production of a mutant protein. HTT is an ubiquitous microtubules associated protein, with numerous functions among which vesicles and organelles traffic along microtubules. Along this line, one of its functions could be the traffic of reticulum vesicles to form contact point with the plasma membrane in neurons. Moreover, a phenocopy named Huntington’s disease like 2 is due to junctophilin-3 loss of function. Junctophilin 3 is involved in contact points between endoplasmic reticulum and plasma membrane in neurons. These studies are dedicated to the validation of the hypothesis of the role of HTT in contact points between endoplasmic reticulum and plasma membrane in another model, in which contacts between reticulum and plasma membrane are of major importance: the skeletal muscle cell. Indeed, the contact points between sarcoplasmic reticulum and plasma membrane (T-Tubule), called the triads, are the basis of excitation-contraction coupling in muscle. In these studies, we develop cellular and animals models with a loss of expression of HTT in skeletal muscle specifically. Theses studies show that calcium release is altered at the cellular level and muscle force is altered at animal model level. Theses alterations are correlated with loss of expression of the main receptors of the triad. Finally, fragment of the normal protein can restore calcium defects. Theses studies put forward the role of huntingtine in skeletal muscle., La maladie de Huntington (HD) est une pathologie génétique multisystémique neurodégénérative rare caractérisée par des atteintes motrices, cognitives et psychiatriques. Elle est due à une augmentation de la répétition de triplet CAG dans l'exon 1 du gène HTT, dont la taille normale est de 6 à 35 répétitions. Cette expansion de triplets conduit à la présence d'une répétition de glutamine de taille anormale dans l'extrémité N-terminale de la protéine huntingtine (HTT). Les conséquences de la mutation sont d’une part la diminution de l’expression de la protéine non mutée et d’autre part l’expression d’une protéine mutée. L’une des fonctions de la HTT est le transport intracellulaire de vésicules le long des microtubules dans les neurones. Par ailleurs, une phénocopie : Huntington disease like 2 maladie ayant un phénotype similaire, est due à une perte de fonction de la junctophilin-3 ayant pour rôle l’établissement de points de contact entre la membrane plasmique et le reticulum endoplasmique au niveau neuronal. Les présents travaux visent à découvrir les mécanismes au sein desquels la HTT est impliquée dans un modèle différent de la cellule neuronale : la cellule musculaire. En effet, les points de contact nommées triades sont le cœur du couplage excitation-contraction. Les travaux ont permis de montrer, après avoir créé des modèles cellulaires et in vivo avec baisse d’expression de la protéine, un défaut de la fonction musculaire au niveau cellulaire comme au niveau physiologique. Les relâchements calciques sont altérés. La force est diminuée. De plus, ces altérations de fonctionnement sont corrélées à une baisse d’expression des principaux récepteurs de la triade. Enfin, une fraction exogène de la partie N-terminale de la protéine non mutée restaure les défauts calciques observés. La huntingtine a donc un rôle prépondérant dans la fonction princeps du muscle : la contraction.

Growing evidence support the idea that impairments in Fast Axonal Transport (FAT) play a crucial role in Neurodegenerative Diseases (NDs). Huntington’s Disease is neurodegenerative disorder caused by an abnormal polyglutamine expansion in the N-Terminal part of huntingtin (HTT), a large scaffold protein implicated in transport regulation. Both the presence of the mutated HTT as the loss of HTT leads to transport defects in mammals. In the fruit fly overexpression of the mutant HTT recapitulates the phenotype observed in mammals. However, it is still unclear whether HTT’s function is conserved in D. melanogaster. Here, we show that D. melanogaster HTT (DmHTT) associates with vesicles, microtubules, and interacts with dynein. In rat cortical neurons, DmHTT partially replaces mammalian HTT in fast axonal transport, and DmHTT KO flies show axonal transport defects in vivo. These results suggest that HTT function in transport is conserved in D. melanogaster.FAT is a process that requires a constant supply of energy. Mitochondria are the main producers of ATP in the cell. However, we have demonstrated that FAT does not depend on this source of energy, as previously thought, but it depends on glycolytic ATP produced on vesicles. Perturbing GAPDH or PK, the two ATP generating glycolytic enzymes, slows down vesicular transport. However, knocking down GAPDH does not affect mitochondrial transport. Furthermore, all of the glycolytic enzymes are associated with dynamic vesicles, and are capable of producing their own ATP. Finally, we show that this ATP production is sufficient to sustain their own transport, demonstrating the energetical autonomy of vesicles for transport., De plus en plus de preuves montrent que le transport axonal rapide (FAT) joue un rôle crucial au cours des maladies neurodégénératives (NDs). La maladie de Huntington est une maladie neurodégénérative causée par une expansion anormale de polyglutamines dans la partie Nterminale de la protéine huntingtine (HTT) : une grande protéine d’échafaudage impliquée dans la régulation du transport. La présence de HTT mutante comme l’absence de la HTT induisent des défauts de transport chez les mammifères. Chez la Drosophile, la HTT mutante reproduit le phénotype observée chez les mammifères, cependant la fonction conservée de la HTT chez la Drosophile melanogaster (DmHTT) n’est pas encore clairement établie. Ici nous mettons en évidence que DmHTT s’associe aux vésicules, aux microtubules et intéragit avec la proteine dynéine. Dans les neurones corticaux de rat, DmHTT remplace partiellement la HTT de mammifère dans le transport axonal rapide, et les drosophiles invalidées pour la HTT montrent des défauts de transport axonal in vivo. Ces résultats suggèrent que la fonction de la HTT est conservée dans le modèle Drosophile.Le FAT est un processus qui requiert un apport constant d’énergie. Les mitochondries sont les principales sources de production d’ATP de la cellule. Cependant nous avons démontré que le FAT ne dépend non pas de cette source d’énergie là, contrairement à ce que l’on pensait, mais de l’ATP glycolytique produit par les vésicules. La dérégulation de GAPDH ou de PK, les deux enzymes glycolytiques productrices d’ATP, ralentit le transport vésiculaire. Néanmoins, l’invalidation de GAPDH n’affecte pas le transport mitochondrial. En outre, toutes les enzymes glycolytiques sont associées à des vésicules dynamiques et sont capables de produire leur propre ATP. Enfin nous montrons que l’ATP produit est suffisant pour assurer leur propre transport, prouvant l’autonomie énergétique des vésicules pour le transport.

Huntington’s disease (HD) is an autosomal dominant inherited neurodegenerative disorder caused by an abnormal polyglutamine (polyQ) expansion in the N-terminus of the protein huntingtin (HTT). A crucial step in HD pathogenesis is the cleavage of full-length HTT into smaller N-terminal (N-ter) fragments that contain the polyQ stretch and that are toxic to neurons. HTT cleavage generates short N-ter fragments whose amino-acid positions range from 1-105 to 1-586. These fragments are observed in HD post mortem brain samples and their participation in neuronal death in HD is well characterized. During my PhD research, I investigated the consequences of full-length mutant HTT proteolysis by developing a time and site-specific controlled system for HTT proteolysis. I have assessed HTT cleavage on two sites caspase-6 and cathepsin Z. My results show that HTT cleavage induces neurotoxicity in vitro as well as in vivo, toxicity which depends on HTT proteolysis pattern. Briefly, we described an intramolecular interaction within the HTT domains which is impaired upon successive proteolysis of HTT. We found that HTT intramolecular interaction buffer mutant N-ter HTT-induced toxicity. Moreover, specific cleavages of the mutant HTT generated toxic N-ter fragments as they translocate into the nucleus. To conclude, my PhD work has shown that additional cleavage of mutant HTT induces cytotoxicity by different mechanisms., La maladie de Huntington (MH) est une maladie neurodégénérative héréditaire autosomique dominante. Elle est due à l’expansion anormale de polyglutamine dans la partie N-terminal de la protéine huntingtine (HTT). Une des étapes clés de la pathologie est le clivage de la HTT pleine longueur en fragments N-terminaux plus petits, contenant l’expansion de polyglutamine, et qui sont toxiques pour les neurones. En effet, les clivages de la HTT mutée génère des fragments N-terminaux (N-ter) de tailles comprises entre les acides aminés 1-105 et 1-586 observés dans des extraits de cerveaux de patients MH post-mortem et dont l’implication dans la mort neuronal est bien caractérisée. Mes travaux de thèse ont visé à modéliser le clivage de la HTT et à évaluer les conséquences sur la survie neuronale.Au cours de ma thèse, j’ai développé un outil permettant de contrôler le clivage de la HTT dans le temps et à des sites spécifiques. J’ai étudié le clivage de la HTT à deux sites stratégiques : les positions clivées par la caspase-6 et par la bléomycine hydrolase/cathepsine Z. A l’aide de cet outil, j’ai montré que le clivage de la HTT confère une toxicité cellulaire qui dépend du profil du clivage. Plus précisément, J’ai décrit une interaction intramoléculaire au sein des domaines de la HTT. Mes résultats indiquent que cette interaction protège les cellules de la toxicité induite par le clivage de la HTT mutée. En effet, les clivages successifs de la HTT annulent cette interaction, ce qui induit la libération des fragments N-ter mutants et provoque la mort cellulaire à l’issue de leur translocation nucléaire. Pour conclure, au cours de ma thèse, j’ai montré que la protéolyse successive de la HTT induit des processus cytotoxiques différents.