Academic literature on the topic 'Maladie des motoneurones'

L’amyotrophie spinale ou SMA est la maladie génétique la plus fréquente menant à la mortalité infantile. Cette maladie neuromusculaire est due à l’altération du gène SMN1. Cette anomalie génétique provoque la réduction des taux de protéine Smn, induisant la dégénérescence des neurones moteurs, la faiblesse et l’atrophie musculaire. La thérapie génique, consistant à réintroduire le gène SMN1 normal dans les motoneurones constitue une thérapie de choix pour la SMA. Nous avons montré l’efficacité sans précédent de cette approche chez la souris modèle de SMA après une simple injection intraveineuse d’un AAV9 exprimant SMN1. Une jeune société de biotechnologie, dirigée par le Dr Kaspar, a testé cette approche expérimentale chez de jeunes patients atteints de SMA type 1. Le Dr Mendell, en charge de ce projet clinique, a montré une augmentation significative de la survie et des fonctions motrices des patients (jusqu’à 4 ans) après une seule injection de l’AAV9-SMN (appelé ZolgenSMA) dans la veine du bras ou de la jambe. Cette thérapie, qui a obtenu l’AMM par la FDA le 24 mai 2019, est actuellement la première thérapie génique efficace dans les maladies neuromusculaires.

La deuxième semaine qui suit la naissance est critique pour le développement du système locomoteur de la souris. C’est pendant cette semaine que les souriceaux acquièrent leur posture et commencent à marcher. Cette transformation implique une réorganisation en profondeur des éléments composant les unités motrices. Cependant, nous ne savons encore que peu de choses sur la différenciation des propriétés intrinsèques des motoneurones innervant les fibres musculaires. Contrairement à l’adulte, où la décharge démarre au début de la stimulation, les motoneurones de souriceaux déchargent de façon hétérogène. En effet, une stimulation au seuil induit chez certains motoneurones une décharge commençant au début du créneau alors que la décharge est retardée dans d’autres motoneurones. Par des enregistrements de motoneurones sur des tranches de moelle épinière à P6-P10, j’ai dans un premier temps caractérisé les courants sous‐tendant la décharge retardée et j’ai constaté que deux conductances potassiques (l’une ressemblant au courant de type A et l’autre très lente) étaient activées autour du seuil de décharge. Lorsqu’elles s’activent, ces conductances sont capables d’hyperpolariser le potentiel de membrane et d’empêcher le motoneurone de décharger. Puis, en s’inactivant, la membrane se dépolarise et le neurone commence à décharger avec un retard pouvant aller jusqu’à plusieurs secondes après le début du créneau. En outre, les deux populations de motoneurones présentent des propriétés électro-physiologiques et morphologiques différentes. Les motoneurones à décharge retardée possèdent un arbre dendritique plus ramifié que ceux à décharge immédiate. En conséquence, les motoneurones à décharge retardée possèdent une conductance d’entrée et un seuil de recrutement plus faible. De plus le temps de relaxation de l’hyperpolarisation suivant chaque potentiel d’action (AHP) est plus long dans les motoneurones à décharge immédiate. Enfin, une partie des motoneurones à décharge retardée exprime la protéine chondrolectine récemment décrite comme un marqueur moléculaire des motoneurones de type rapide. L’ensemble de nos résultats nous permet de faire l’hypothèse que les motoneurones à décharge retardée sont des motoneurones innervant les unités motrices de type rapide alors que ceux à décharge immédiate innervent les unités motrices de type lent. Dans un second temps, j’ai étudié l’effet de la mutation SOD1 G93A, un modèle murin de la sclérose latérale amyotrophique, sur les motoneurones spinaux à P6‐P10. Sachant que cette maladie affecte les motoneurones de façon différente à l’âge adulte, j’ai cherché à savoir si, chez les souriceaux SOD1 G93A, les motoneurones à décharge retardée et immédiate étaient affectés de la même façon. Mes résultats montrent que seuls les motoneurones à décharge immédiate sont hyperexcitables. Pour ces motoneurones, le seuil de décharge est plus hyperpolarisé et leurs dendrites sont plus courtes de 35%. Ces résultats amènent à reconsidérer le lien supposé entre hyperexcitabilité et dégénérescence des motoneurones
In the second postnatal week, the locomotor behavior of mice changes from crawling to walking. This is made possible by profound changes in motor units. Yet, how the discharge properties of spinal motoneurons evolve during post-­‐natal maturation and whether they have an effect on the motor unit maturation remains an open question. In neonates, the spinal motoneurons display two modes of discharge. For threshold pulses, 33% of the motoneurons have a discharge that start at the current onset and adapts during the pulse (“immediate firing motoneurons”). The remaining 66% motoneurons fire with a large delay and the discharge then accelerates throughout the pulse (“delayed firing motoneurons”). Though the delayed firing pattern is quite common in spinal motoneurons of neonates, the ionic mechanisms that elicit this mode of discharge have received little attention. Using the patch-clamp technique to record P6‐P10 mouse motoneurons in a spinal cord slice preparation, I characterized the ionic currents that underlie the delayed firing pattern. This is caused by a combination of an A-like potassium current that acts on a short time scale and a slow‐inactivating potassium current that delays the discharge on a much longer time scale. I then investigated how these two potassium currents contribute to the recruitment threshold and how they shape the F-I function of delayed motoneurons in neonatal mice. The slow inactivating potassium current induces memory effects that have a strong impact on motoneuron excitability and on its discharge. Building on these results, I tried to correlate the discharge pattern to known physiological sub‐types. The delayed firing motoneurons have a larger input conductance, a higher rheobase, a narrower action potential, a shorter AHP and a more complex dendritic arbor than the immediate firing motoneurons. Additionally, only a sub-­‐population of the delayed firing motoneurons expressed the chondrolectin protein, a fast motoneuron marker. Based on this body of corroborating evidence, the immediate firing motoneurons would be slow type motoneurons whereas the delayed firing motoneurons would be fast type motoneurons. Finally, numerous electrical and geometrical abnormalities have been observed in spinal motoneurons of SOD1 G934 mice (model of the amyotrophic lateral sclerosis) during the second post-natal week but the results were somehow contradictory. In relation to the known differential sensitivity to the disease exhibited by slow and fast motoneurons, I investigated whether the immediate and delayed firing motoneurons are equally affected by the SOD1 mutation. This is not the case. I found that the SOD1 mutation induced a decrease in the rheobase and a hyperpolarization of the voltage threshold only in the immediate firing motoneurons, thereby making them more excitable than in WT mice. Furthermore, the dendrites of the immediate firing motoneurons are substantially shorter (about 35%) in the mutant than in the WT. In sharp contrast, the excitability of the delayed firing motoneurons is unchanged and the dendritic tree is nearly unaffected (the dendrites only undergo a 10% elongation). These results allow for reconsidering the link between hyperexcitability and degenerescence of the motoneurons

L'amyotrophie spinale (SMA) et la sclérose latérale amyotrophique sont les maladies du motoneurone (MN) les plus communes, caractérisées par une dégénérescence des MN de la moelle épinière, responsable d'une amyotrophie progressive souvent létale, et pour laquelle aucun traitement curatif n'est actuellement disponible. Parmi les pistes thérapeutiques les plus prometteuses, la thérapie génique permet de faire exprimer de façon durable un facteur neuroprotecteur ou de ré-introduire un gène manquant dans les MN. En effet, plusieurs études ont montré une amélioration sans précédent de l'espérance de vie de modèles murins sévères de SMA après administrations intraveineuses de vecteur dérivé du virus adéno-associé de sérotype 9 (AAV9). Toutefois, avant d'envisager une application clinique, l'efficacité et l'innocuité d'une telle stratégie de transfert de gènes doivent être évaluées dans des modèles gros animaux, plus proches de l'homme anatomiquement et physiologiquement. L'objectif de ce travail a été de tester différentes stratégies de transfert de gènes dans la moelle épinière d'un modèle félin atteint d'une pathologie du MN proche de la SMA humaine de type III, causée par la délétion du gène limb-expression 1 (LIX1). Pour identifier une stratégie efficace de thérapie génique dans la moelle des chats LIX1, nous avons testé parallèlement à l'administration intraveineuse de vecteur AAV9, deux voies d'administration d'AAV restreintes au système nerveux central : les injections intracérébrale et intracisternale (dans le liquide cérébro-spinal), avec deux transgènes potentiellement thérapeutiques, le facteur neuroprotecteur VEGF et le gène LIX1. Nos résultats ont montré qu'une injection intracisternale d'AAV9 mène à une expression des transgènes dans de nombreux MN tout le long de la moelle, chez les chats adultes comme chez les chats nouveau-nés, avec une transduction périphérique limitée. Cette étude pourrait valider l'utilisation de vecteurs AAV9 par voie intracisternale dans le cadre d'une stratégie thérapeutique des maladies du MN chez l'homme
Spinal muscular atrophy (SMA) and amyotrophic lateral sclerosis are the most common motor neuron (MN) diseases characterized by the degeneration of the spinal cord MN, leading to often lethal progressive muscular atrophy, for which no cure is currently available. Among the most promising therapeutic approaches, a neuroprotective factor or a missing gene can be expressed or re-introduced in MN in a sustainable manner by gene therapy. Indeed, several studies have shown an unprecedented improvement of the lifespan of severe SMA mouse models after intravenous administrations of vector derived from adeno-associated virus serotype 9 (AAV9). However, before considering clinical application, efficiency and safety of such a strategy should be evaluated in large animal models, anatomically and physiologically more closely related to humans than rodents. The objective of this study was to test different strategies for gene transfer into the spinal cord of cats with a MN disease close to human type III SMA caused by the deletion of the LIX1 gene (limb expression 1). To identify an effective strategy for gene therapy in LIX1 cats spinal cord, we tested parallel to the intravenous administration of AAV9 vector, two AAV administration routes restricted to the central nervous system: intracerebral and intracisternal (in the cerebrospinal fluid) injections with two therapeutic transgenes candidates: the neuroprotective factor VEGF and the LIX1 gene. Our results showed that intracisternal injections of AAV9 lead to transgene expression in many MN throughout the spinal cord in both adult and newborn cats with limited peripheral transduction. This study could validate the use of intracisternal administration of AAV9 vectors in a therapeutic strategy for MN diseases in humans

L’amyotrophie spinale (SMA) est causée par une réduction du taux de la protéine de Survie des MotoNeurones (SMN). Cette protéine est associée aux protéines Gemin 2 à Gemin 8 et unrip pour former le complexe SMN. Bien que la protéine SMN soit présente dans tous les types cellulaires, la pathologie SMA est exclusivement liée à un défaut des motoneurones. Récemment, il a été proposé que SMN puisse avoir des fonctions spécifiques dans le transport des ARNm et dans la régulation de la traduction dans les neurones. La protéine FMRP, défective dans le syndrome de l’X fragile, joue également un rôle dans le transport de particules messagères (mRNP) et dans leur traduction. Dans cette étude, nous avons mis en évidence un lien entre le complexe SMN et la protéine FMRP dans les cellules neuronales suggérant un rôle du complexe SMN dans ces mécanismes. Les connaissances sur la composition, les interactions et les fonctions du complexe SMN ont bien avancées ces dernières années. L’idée actuelle est que le complexe SMN agirait comme un chaperon macromoléculaire des RNP en augmentant l'efficacité et la fidélité des interactions ARN-protéines et en fournissant l’opportunité à ces interactions d’être régulées. Le deuxième volet de cette étude a été d’analyser l’implication du complexe SMN dans l’assemblage de RNP différentes des UsnRNP. Le défaut spécifique des motoneurones nous a conduit à considérer le rôle du complexe SMN dans l’assemblage de RNP spécifiques à ce type cellulaire et notamment la RNP BC200. Finalement, nous nous sommes également intéressé à l’implication du complexe SMN dans l’assemblage et/ou la fonction de la particule SRP, une particule ubiquitaire
Spinal muscular atrophy (SMA) is caused by reduced levels of the survival of motor neuron (SMN) protein. SMN protein is associated with the proteins Gemin 2 to 8 and unrip to form the SMN complex. Although the SMN protein is present in all cell types, SMA is restricted to a defect in motor neuron. SMN was recently proposed to have specific functions in mRNA transport and translation regulation in neuronal processes. The defective protein in Fragile X mental retardation syndrome (FMRP) also plays a role in transport of mRNPs and in their translation. In this study, we showed a link between the SMN complex and FMRP in neuronal cells suggesting a role for the SMN complex in these processes. Knowledges of the composition, interactions and functions of the SMN complex have advanced greatly in recent years. The emerging picture is that the SMN complex acts as a macromolecular chaperone of RNPs to increase the efficiency and fidelity of RNA–protein interactions, and to provide an opportunity for these interactions to be regulated. The second part of this study was to analyse the involvement of the SMN complex in the biogenesis of RNP different of UsnRNP. The specific defect of motor neuron led us to analyse the role of the SMN complex in the biogenesis of specific RNP to this cell types in particular the RNP BC200. Finally, we are also interested to the SMN complex involvement in the assembly and/or the function of the SRP particle, an ubiquitous particle

L'ach, neurotransmetteur, est degradee specifiquement par une enzyme : l'acetylcholinesterase (ache). Il est maintenant admis que l'ach et l'ache sont impliquees dans la transmission du signal nerveux mais egalement dans des phenomenes de maturation, de developpement ou d'adhesion cellulaire. Dans un premier temps, grace a une technique de purification des motoneurones spinaux embryonnaires de rat, nous avons pu realiser une analyse morphometrique de ces cellules in vitro et etudier les proprietes des motoneurones mis en presence d'inhibiteurs de l'ache. L'etude de l'influence catalytique et non catalytique de l'ache sur l'expression des proprietes morphologiques et le developpement des mns spinaux embryonnaires peut se faire par l'utilisation de differentes drogues. La fasciculine ii, inhibiteur specifique du site peripherique diminue le nombre de neurites primaires et de bifurcations. La surface d'etalement, l'index d'etirement et la vitesse de croissance de l'axone augmentent. Parallelement, la vitesse de pousse dendritique est reduite. Les effets de la fii pourraient dependre des mecanismes non catalytiques de l'ache impliques dans la regulation d'un site d'adhesion. Dans un second temps nous avons utilise des cellules pc12 dont la particularite est d'acquerir des caracteristiques neuroniques cholinergiques en presence de ngf. L'addition d'h 2o 2 permet de provoquer un stress oxydatif et d'entrainer la formation de radicaux libres (oh) qui sont supposes etre impliques dans des phenomenes neurodegeneratifs que l'on retrouve dans certaines pathologies comme la maladie d'alzheimer. Le ngf permettant l'acquisition de caracteristiques cholinergiques, et la survie des cellules confrontees a un stress oxydatif, nous avons decide d'etudier les variations cholinergiques en reponse a ce stress afin de deceler un possible role de l'ach dans cette protection. Ainsi, apres un stress oxydatif, on observe chez les cellules survivantes : 1/ une augmentation du niveau d'ach intracellulaire et liberee, 2/ une diminution de l'activite enzymatique de l'ache et 3/ aucun changement de l'activite enzymatique de la choline acetyltransferase. De plus un pretraitement par l'ach avant le stress entraine une protection significative contre ce stress par l'intermediaire des recepteurs muscariniques.

Les études sur les souris transgéniques SOD1 utilisées comme modèle de sclérose latérale amyotrophique (SLA) montrent que les signes cliniques apparaissent quand la majorité des motoneurones (MNs) est déjà déconnectée de la périphérie et la force contractile de certains muscles diminuée de 80%. L'identification des mécanismes pathologiques précoces est une étape importante pour améliorer notre compréhension de la maladie et expliquer l'atteinte préférentielle des MNs observée pendant la SLA. Notre objectif était de rechercher la présence d'anomalies précoces dès la naissance dans un modèle souris de SLA. L'analyse comportementale suggère que dès la période postnatale, la mutation SOD1-G85R perturbe la maturation du système sensori-moteur des souris transgéniques et ralentit l'expression de réflexes moteurs comme le montrent les retards observés lors des tests de placement et d'agrippement des membres postérieurs et lors du test de retournement. Ces retards pourraient principalement résulter d'un dysfonctionnement des réseaux lombaires de la moelle épinière pendant la 1ère semaine postnatale. Pendant cette période, sur les préparations in vitro de moelle épinière / tronc cérébral, les réseaux lombaires SOD1 sont difficilement activables lors d'applications pharmacologiques. Les enregistrements électrophysiologiques réalisés pendant cette période appuient principalement la possibilité que la composante glutamatergique possède un rôle clé dans cette difficulté. Nos données suggèrent la possibilité d'un déséquilibre entre les récepteurs AMPA et NMDA dans les MNs SOD1 avec un défaut lors de l'activation des récepteurs NMDA. En 2ème semaine postnatale, les MNs lombaires SOD1 sont hypoexcitables et présentent une résistance d'entrée ainsi qu'un gain plus faibles. Nous montrons que l'augmentation anormale de la surface dendritique de ces MNs suffit à expliquer cette diminution de la résistance d'entrée alors que la baisse du gain indique plutôt des modifications de conductances ioniques qui restent à caractériser. Enfin l'analyse morphologique montre que les dendrites des motoneurones SOD1 sont anormalement développées et complexes. Il est important de souligner dans le cadre de la maladie que les segments de la moelle sacrée et les interneurones lombaires qui sont épargnés à l'âge adulte ne sont pas concernés par ces différences. Cela renforce l'idée que les anomalies que nous décrivons sont spécifiques de la maladie et que dès le plus jeune âge les MNs sont la cible privilégiée de la SLA. Dans ce travail, nous montrons des dysfonctionnements des MNs bien avant la dénervation périphérique et la dégénérescence des axones moteurs. La modification de l'excitabilité des motoneurones pendant la période de maturation des unités motrices pourrait fragiliser les jonctions neuromusculaires qui sont une des cibles principales de la SLA.

Les cellules souches induites à la pluripotence (iPSc) apparaissent comme une solution très intéressante pour créer et observer le comportement de cellules spécifiques et inaccessibles d'un patient. Notre équipe travaille sur les pathologies génétiques des nerfs périphériques et en particulier la maladie de Charcot-Marie-Tooth (CMT). Un de nos objectifs est le développement de modèles de motoneurones de patients utilisant la stratégie des iPSc afin de mieux comprendre la physiopathologie des neuropathies liées au gène GDAP1. Ce gène a été décrit en 1998 pour être responsable d'une forme axonale de CMT ; il code une protéine de la membrane externe mitochondriale dont la fonction précise reste encore méconnue. Des fibroblastes dermiques (FD) ont été obtenus après une biopsie de peau d'une personne saine (témoin) et d'un patient homozygote porteur de la mutation non-sens p.Gln163* dans le gène GDAP1. Par la suite, les FDs ont été reprogrammés en cellules iPSc en utilisant le cocktail de Yamanaka (plasmides non intégratifs composés d’Oct4, Sox2, Klf4 et l-Myc). Après amplification, tous les contrôles ont été effectués pour conclure que nos iPSc avaient les mêmes propriétés et les mêmes capacités que les cellules souches embryonnaires ainsi qu’un caryotype normal. Enfin, nous avons optimisé le protocole de différenciation avec succès de manière à obtenir à partir des iPSc des rosettes (structures pleines de progéniteurs neuronaux), puis des neurones et finalement des motoneurones pour le contrôle et le patient. Les premières différences entre le contrôle et le patient ont été observées lors de l’obtention de rosettes. Les cellules du patient présentaient de nombreuses gouttelettes lipidiques et la proportion de rosettes obtenue était plus faible. Une fois les motoneurones obtenus, des tests de microscopie confocale et électroniques ont montré des différences du réseau mitochondrial entre le témoin et le patient, ainsi qu’une morphologie des mitochondries se rapprochant de celle observée lors de biopsie de nerf de patient (rondes / accumulées). De manière à réduire la durée de différenciation, une méthode de tri cellulaire a été utilisée la SdFFF. Cette méthode nous a permis de trier différents progéniteurs (neuraux / endothéliaux). La génération de motoneurones à partir de fibroblastes dermiques de patient atteint de CMT axonale via les iPSc était une première étape cruciale pour mieux comprendre le rôle de GDAP1 dans cette pathologie. Ce modèle cellulaire de CMT4A est un premier pas pour réaliser des tests précliniques de médicaments afin d'identifier de futurs candidats pharmacologiques
Induced pluripotent stem cells (iPSc) are a highly interesting tool to create and observe the behavior of specific and unattainable cells from a patient. Our team is interested in genetic peripheral nerves disorders and especially in Charcot-Marie-Tooth disease (CMT). One of our objectives is the development of motor neurons models from patients using the iPSc strategy in order to better understand the pathophysiology of GDAP1-related neuropathies. This gene was found in 1998 to be mutated in an axonal form of CMT and encodes a mitochondrial outer membrane protein, which function remains unclear. We first obtained dermal fibroblasts (DF) from skin biopsies of a healthy person and of a homozygous patient carrying GDAP1 non-sense mutation (p.Gln163*). Then, we reprogrammed DFs into iPSc using non-integrative plasmids (Oct4, Sox2, Klf4 and l-Myc). After amplification, all quality controls were performed to conclude that our iPSc had the same properties and capacities than embryonic stem cells and a normal karyotype. Finally, we optimized protocols to successfully differentiate these iPSc into rosettes (structures full of neural progenitors), then into neurons and finally into motor neurons for control and GDAP1 patients. The first differences between control and patient cells were observed during the rosette formation, where a lot of patient cells were full of lipid droplets, and the rosette proportion was lower than the control cells. Mitochondria morphology was totally different in motor neurons between control and patient, where mitochondria had the same morphology than the mitochondria observed in patient nerve biopsies (round and accumulated). In order to reduce the time of differentiation, a cell sorting method was used (SdFFF). It allowed us to sort different progenitors (neural / endothelial). Generation of motor neurons using axonal CMT-patient-derived iPSc was a first crucial step to better understand the role of GDAP1 in this pathology. This cellular model of CMT4A should ultimately allow us to perform preclinical drug screening in order to identify candidate pharmacological treatments for CMT patients

La maladie de Charcot-Marie-Tooth (CMT) est la neuropathie périphérique héréditaire la plus fréquente. Actuellement plus de 80 gènes ont été identifiées comme étant à l’origine des CMT, mais le diagnostic génétique est posé seulement dans 30 à 40% des cas. Cette étude avait deux objectifs principaux : dans un premier temps, nous nous sommes intéressés aux CMT et neuropathies périphériques associées via une approche moléculaire et bioinformatique, pour optimiser leur caractérisation génétique ; dans un second temps, nous avons étudié les mécanismes altérés dans une forme axonale de CMT, par la création d’un modèle cellulaire humain de cellules souches humaines induites à la pluripotence (hiPSc) et leur différenciation en motoneurones (MN). Dans la première partie du projet, nous présentons un nouvel outil bioinformatique, CovCopCan, développé au sein de l’équipe pour détecter les Variations du Nombre de Copies (CNV), à partir des données de NGS. Grâce à CovCopCan, deux nouveaux CNV ont été identifiés et nous discutons leur implication dans deux cas complexes de neuropathie périphérique. Nos travaux ont également permis de mettre en évidence trois variations génétiques chez un patient CMT, soulignant que la CMT peut être une pathologie génétique multilocus. Dans la deuxième partie de ce travail, un modèle cellulaire de MN a été créé pour étudier le gène GDAP1 et son implication dans le CMT2H. Nous avons reprogrammé des fibroblastes dermiques de cinq sujets contrôles et de deux patients CMT, portant deux mutations codon-stop homozygotes sur le gène GDAP1, en cellules souches pluripotentes induites humaines (hiPSC). Nous avons ensuite mis au point un protocole de différenciation pour générer des MN à partir d’hiPSC. Les MN avec la mutation p.Ser194* sur GDAP1 ont été analysés par des tests fonctionnels, morphologiques et d’expression. Nous avons confirmé l’expression neuronale de GDAP1, et nous avons mis en évidence que le stress oxydant et la dysfonction mitochondriale étaient à l’origine de la pathologie dans les MN CMT2H. Nos résultats ont montré que les analyses génétique et fonctionnelle sont essentielles pour la caractérisation complète de la maladie de CMT
Charcot-Marie-Tooth (CMT) disease is the most common hereditary peripheral neuropathy. To date, more than 80 genes have been identified to be involved in CMT, but genetic diagnosis is achieved only in 30-40% of cases. This study presented two main objectives: first, we focused on CMT and associated peripheral neuropathies using molecular and bioinformatic approaches to optimize their genetic characterization ; secondly, we investigated impaired mechanisms in an axonal CMT form, by creating a human cellular model of human induced pluripotency stem cells (hiPSC) and their differentiation into motor neurons (MN).In the first part of the project, we developed a new bioinformatic tool, CovCopCan, to detect Copy Number Variations (CNV), starting from NGS data. Thanks to CovCopCan, two new CNV have been identified and we discuss their involvement in two complex cases of peripheral neuropathy. We also identified three genetic variations in a CMT patient highlighting that CMT can be a multilocus genetic pathology. In the second part of the project, we successfully generated a cellular model of MN for the study of GDAP1 gene and its associated CMT2H form. We reprogrammed dermal fibroblasts of five control subjects and two CMT patients, carrying two different homozygous codon-stop mutations in GDAP1, into human inducedpluripotent stem cells (hiPSC). Then, we established a differentiation protocol to generate MN from hiPSC.MN with the GDAP1 p.Ser194* mutation were analyzed by expression, morphological, and functional tests. We confirmed the neural expression of GDAP1, and we suggested that oxidative stress and mitochondrial impairment could be responsible for the pathological condition in CMT2H MN. Taken together, our results highlighted that both genetic and functional analyses are essential in the complete characterization of CMT disease

Les altérations du transport intracellulaire peuvent provoquer une neurodégénérescence ou entraver le développement des circuits neuronaux. Ainsi, des mutations dominantes dans DYNC1H1 (chaîne lourde de la dynéine) et dans son partenaire BICD2, deux composants essentiels de la machinerie de transport intracellulaire, sont à l'origine d'une maladie neurodéveloppementale des motoneurones appelée amyotrophie spinale avec prédominance des membres inférieurs (SMALED). Dans cette maladie, les motoneurones innervant les membres sont sélectivement affectés indiquant une dépendance graduelle au transport intracellulaire parmi les types neuronaux et même les sous-types spécifiques de motoneurones. Mon travail de thèse a visé à étudier les mécanismes responsables de l'atteinte des motoneurones dans cette maladie. En analysant les premiers modèles murins porteur d'une mutation causale de SMALED dans BICD2, j'ai observé que ce type de mutation peut induire une perte de la protéine BICD2 contrairement à ce qui est observé chez les patients. Cette mutation entraîne la mort in utero des embryons homozygotes mais les animaux hétérozygotes, correspondants à la configuration génétique chez l'homme, ne présente pas de phénotypes. Ces résultats suggèrent que les modèles murins de SMALED pourraient, au moins dans certains cas, mimer imparfaitement la maladie. J'ai alors développé un modèle complémentaire humain basé sur la différenciation en motoneurones de cellules souches pluripotentes induites humaines (CSPih) dérivées de patients SMALED. J'ai montré que les mutations SMALED n'ont pas d'impact sur la spécification et la survie des motoneurones. En revanche, le transport axonal de vésicules impliquées dans la signalisation par les facteurs neurotrophiques (FNTs), semble affecté, ainsi que la réponse au GDNF, un FNT essentiel à l'innervation musculaire et à la survie de certains groupes de motoneurones. Mes résultats suggèrent que SMALED pourrait être dû à des défauts de transport axonal qui perturberaient l'intégration de la signalisation par les FNTs qui sont essentiels au développement et au maintien des circuits locomoteurs, en particulier ceux contrôlant les membres. Le développement de nouvelles conditions de maturation des motoneurones humains lors de ma thèse permettra de mieux comprendre les liens entre signalisation rétrograde par les FNTs, le développement des circuits moteurs et la dérégulation de ces voies dans les maladies au-delà de SMALED
Intracellular transport alterations can cause neurodegeneration or hinder the development of neural circuits. Dominant mutations in DYNC1H1 (dynein heavy chain) and its partner BICD2, two essential components of intracellular transport machinery, underlie a neurodevelopmental motor neuron disease called spinal muscular atrophy with lower extremity predominance (SMALED). In this disease, motor neurons innervating the limbs are selectively affected, indicating a gradual dependence on intracellular transport among neuronal types and even motor neuron subtypes. My thesis work aimed to study the mechanisms responsible for motor neuron impairment in this disease. By analyzing the first mouse models carrying a SMALED-inducing point mutation in BICD2, I observed that this type of mutation can induce a loss of the BICD2 protein, unlike what is observed in patients. This mutation results in the in-utero death of homozygous embryos, but heterozygous animals, which correspond to the genetic configuration in patients, do not present a phenotype. These results suggest that mouse models of SMALED may, at least in some cases, imperfectly mimic the disease. I therefore developed a complementary human model based on the differentiation into motor neurons of human induced pluripotent stem cells (hiPSCs) derived from SMALED patients. I showed that SMALED mutations do not impact the specification and survival of motor neurons. However, the axonal transport of vesicles involved in neurotrophic factor (NTF) signaling seems affected, as well as the response to GDNF, an NTF essential for muscle innervation and the survival of certain motor neuron groups. My results suggest that SMALED could be due to defects in axonal transport that disrupt the integration of NTF signaling, which is essential for the development and maintenance of locomotor circuits, particularly those controlling the limbs. The development of new conditions for the maturation of human motor neurons during my thesis will provide a better understanding of the links between retrograde signaling by NTF, the development of motor circuits and the deregulation of these pathways in diseases beyond SMALED

Les maladies dégénératives des motoneurones de l'homme, les amyotrophies spinales infantiles et la sclérose latérale amyotrophique (SLA), ont en commun une perte progressive de motoneurones spinaux conduisant à une atrophie et paralysie musculaires. Les facteurs neurotrophiques ont été considérés comme molécules candidatez pour le traitement de ces maladies mais leur administration a été compliquée par la biodisponibilité limitée ou la toxicité des protéines recombinantes. Nous avons développé le transfert adénoviral de gènes de facteurs neurotrophiques afin de produire ces protéines in vivo à des taux constants et/ou de mieux cibler leur action vers les motoneurones. Des vecteurs adénoviraux codant pour NT-3 (neurotrophine-3), BDNF (brain-derived neurotrophic factor) et CNTF (ciliary neurotrophic factor) ont été mis au point et leur fonctionnalité a été démontrée ex-vivo. Leur potentiel thérapeutique a été testé dans le modèle pmn (progressive motor neuronopathy). Les souris pmn non-traitées développent une atrophie et parésie musculaire progressives et meurent prématurément. La survie moyenne des souris pmn injectées en intramusculaire avec le vecteur NT-3 était augmentée de plus de 50%. Nos analyses histologiques et électrophysiologiques chez ces souris ont démontré une amélioration des fonctions neuromusculaires, une réduction de la dégénérescence axonale ainsi qu'une réinnervation des fibres musculaires par induction de la repousse axonale. L'étude de la biodistribution des ARNs et de la protéine NT-3 a révélé que ces effets étainet dûs à la libération de NT-3 dans la circulation générale. La coadministration des vecteurs NT-3 et CNTF a amélioré l'ensemble des paramètres thérapeutiques tandis que l'injection du vecteur BDNF restait sans effet bénéfique. En comparant les effets d'injections intramusculaires, intraveineuses et intracérébroventriculaires du vecteur CNTF, nous avons déterminé la meilleure voie d'administration pour cette cytokine. Nos résultats représentent le premier exemple d'une amélioration de la survie dans une affection neurodégénérative par thérapie génique avec adénovirus et ouvrent de nouvelles perspectives thérapeutiques dans la SLA. L'utilisation de facteurs neurotrophiques a été suggéré pour accélérer ou guider la repousse axonale après lesion nerveuse. Nous avons évalué la capacité des cellules de Schwann du rat à exprimer le transgène lacZ après injection intranerveuse de différents vecteurs de transfert de gène. Jusqu'à 18% des cellules de Schwann des nerfs lésés étaient infectés par un vecteur adénoviral mais l'expression de lacZ diminuait progressivement au cours du temps. Une immunosupression par Cyclosporine A ou l'induction d'une tolérance immunitaire ont permis de réduire la réponse inflammatoire et d'augmenter l'expression du transgène. Le transfert de gène dans le nerf périphérique représente une stratégie originale pour administrer des facteurs neurotrophiques dans le compartiment clos de la périnèvre et pourrait à l'avenir constituer un complément au traitement chirurgical des lésions nerveuses.

Les maladies du motoneurone (MN) telles que la sclérose latérale amyotrophique (SLA) sont des affections qui se traduisent par une perte progressive des MNs au niveau du cortex moteur, du bulbe rachidien et/ou de la moelle épinière. A ce jour, il n'existe aucun traitement efficace pour ces maladies. Le développement de stratégies de transfert de gène ciblant efficacement les MNs reste donc une démarche cruciale pour le traitement de ces maladies. Ce travail de thèse a consisté à améliorer le transfert de gènes véhiculés par des vecteurs AAV au sein des MNs. Dans une première approche, nous avons injecté des vecteurs AAV dans certains noyaux cérébraux connectés à la moelle épinière. Notre hypothèse était que les protéines produites au niveau des neurones de ces noyaux cérébraux seraient transportées le long des axones connectés à la moelle épinière par transport axonal antérograde et sécrétées dans la région des MNs spinaux. Dans une seconde étude, nous avons analysé le potentiel d'une injection systémique d'un nouveau sérotype d'AAV (l'AAV9) arborant un génome non conventionnel double brin pour transduire les cellules du système nerveux central (SNC) dont les MNs. Nous avons démontré qu'il était possible d'obtenir une transduction efficace et à long terme des MNs chez la souris adulte à la suite d'une seule injection intraveineuse de vecteur. Cette stratégie non-invasive de transfert de gène dans le SNC représente une avancée significative pour le traitement par thérapie génique des maladies du MN et ouvre de nouvelles perspectives pour de nombreuses autres maladies touchant le SNC
Motor neuron diseases (MND) such as amyotrophic lateral sclerosis (ALS), are incurable degenerative disorders characterised by the selective loss of motor neurons (MNs) localised in the motor cortex, the brainstem and/or the spinal cord. To date, there is no treatment for these disorders because of the blood brain barrier (BBB) which hindered the crossing of the therapeutic molecules from the circulation flow to the central nervous System (CNS) parenchyma. New therapeutic strategies, based on gene transfer using viral vectors have thus been developed. This study aimed to evaluate new strategies for increasing the efficiency of MNs transduction using AAV vectors. The fîrst approach bypasses the problem of the BBB by injecting the viral vectors directly into brain areas at the origin of the descending spinal pathways. The injection of AAV vectors expressing therapeutic transgenes into these specific brain structures could indeed lead to the production and traffîcking of therapeutic proteins through descending pathways to the spinal cord by anterograde axonal transport mechanisms. The subsequent secretion of these proteins could thus influence the survival and the activity of the spinal cord MNs. The second approach is based on the systemic administration of a new serotype and genome AAV vectors, the self-complementary AAV9 vector. We identifîed the remarkable ability of AAV9 vectors to transduce cells of the CNS, including MNs, after a single intravenous injection in adult mice. This gene transfer strategy represents an efficient and non-invasive procedure to reach the CNS. This result raises thus great hopes for the treatment of MN disease and other neurological disorders