Titre original :

Caractérisation du rôle d'alpha synucleine dans la Ferroptose, dans le contexte de la maladie de Parkinson

Titre traduit :

Characterising the role of alpha synuclein in Ferroptosis, in the context of Parkinson's Disease

Mots-clés en français :
  • Alpha synuclein
  • Ferroptose
  • Maladie de Parkinson
  • Fer
  • Ether lipides

  • Maladie de Parkinson
  • Alpha-synucléine
  • Fer
  • Mort cellulaire
  • Éthers
  • Phospholipides
  • Peroxydation lipidique
  • Maladie de Parkinson
  • alpha-Synucléine
  • Fer
  • Mort cellulaire
  • Éther-phospholipides
  • Peroxydation lipidique
Mots-clés en anglais :
  • Alpha synuclein
  • Ferroptosis
  • Parkinson's disease
  • Iron
  • Ether lipids

  • Langue : Anglais
  • Discipline : Aspects moléculaires et cellulaires de la biologie - MED
  • Identifiant : 2022ULILS018
  • Type de thèse : Doctorat
  • Date de soutenance : 20/06/2022

Résumé en langue originale

La maladie de Parkinson (MP) est une affection neurodégénérative courante et progressive qui affecte principalement les neurones dopaminergiques de la substantia nigra pars compacta (SNpc). Elle se caractérise par des déficiences motrices et des symptômes non-moteurs. Si les thérapies à base de dopamine sont efficaces pour combattre les premiers stades de la maladie, l'absence de médicaments neuroprotecteurs fait que la maladie continue de progresser. Outre les caractéristiques pathologiques traditionnellement reconnues que sont la mort des neurones dopaminergiques et les dépôts intracellulaires d'a-synucléine (a-syn), l'accumulation de fer, le stress oxydatif élevé et les dommages causés par la peroxydation lipidique sont d'autres caractéristiques évidentes de la pathologie de la MP. Il est important de noter que les mécanismes sous-jacents qui relient ces caractéristiques pathologiques à la neurodégénérescence ne sont toujours pas clairs. La ferroptose, une voie de mort cellulaire régulée et dépendante du fer qui implique une accumulation létale de peroxydes lipidiques, partage plusieurs caractéristiques avec la pathophysiologie de la MP. Il est intéressant de noter que l'a-syn est fonctionnellement et pathologiquement liée aux métabolismes du fer et des acides gras polyinsaturés (AGPI), ce qui suggère une interaction possible entre l'a-syn dérégulée et d'autres caractéristiques pathologiques de la MP liées à la ferroptose. Ce projet vise à étudier l'implication potentielle de a-syn dans la voie de la ferroptose, démontrant ainsi une interaction centrale entre a-syn et la ferroptose dans la MP. À cette fin, nous avons généré des lignées cellulaires précurseurs de neurones dopaminergiques LUHMES stables, qui peuvent être différenciées en neurones dopaminergiques matures, avec la mutation homozygote A53T de a-syn, et nous avons éliminé la principale isoforme longue de 140 acides aminés de a-syn (140 a-syn) par édition du génome CRISPR/Cas9. Nous avons observé que la mutation a-syn A53T liée à la maladie de Parkinson augmente la sensibilité des neurones dopaminergiques LUHMES à la peroxydation lipidique et à la mort cellulaire induites par la ferroptose, tandis que la réduction de l'a-syn dans la 140 a-syn entraîne une évasion de la ferroptose. Cette réponse était spécifique à la ferroptose puisqu'aucune différence dans la sensibilité à l'apoptose n'a été signalée. Il est intéressant de noter que la réduction des niveaux d'a-syn par l'ARNsi a protégé les neurones dopaminergiques de la ferroptose à des niveaux comparables à ceux de l'élimination du modulateur pro-ferroptotique bien établi acyl-CoA synthétase long chain family member 4 (ACSL4). En utilisant des cellules précurseurs neuronales dérivées de petites molécules (smNPC) provenant de patients atteints de la maladie de Parkinson et différenciées en neurones dopaminergiques du mésencéphale (mDAN), nous avons reproduit nos résultats. En outre, nous avons montré des niveaux intrinsèquement plus élevés de peroxydation lipidique et de vulnérabilité à la mort cellulaire ferroptotique dans les mDANs provenant de patients atteints de la maladie de Parkinson et présentant une triplication de la SNCA. Une analyse lipidomique a été réalisée dans des neurones dopaminergiques LUHMES dépourvus de a-syn afin de déchiffrer le mécanisme à l'origine de la résistance à la ferroptose. Une réduction des AGPI contenus dans les phospholipides de phosphatidylcholine (PC) et de phosphatidyléthanolamine (PE) a été observée lors de l'élimination de l'a-syn et de l'ACSL4, reflétée par une réduction de l'indice de peroxydabilité. De façon surprenante, une réduction plus sélective et plus importante a été observée dans les éther-phospholipides (éther-PL), une sous-classe de phospholipides dont on a récemment montré qu'elle était essentielle à la ferroptose [...]

Résumé traduit

Parkinson's disease (PD) is a common and progressive neurodegenerative disorder primarily affecting dopaminergic neurons in the substantia nigra pars compacta (SNpc). It is characterised by motor impairments as well as non-motor symptoms. While dopamine-based therapies are effective in fighting the initial stages of the disease, a lack of neuroprotective drugs means that the disease continues to progress. Along with the traditionally recognised pathological hallmarks of dopaminergic neuronal death and intracellular a-synuclein (a-syn) depositions, iron accumulation, elevated oxidative stress and lipid peroxidation damage are further conspicuous features of PD pathology. Importantly, the underlying mechanisms linking these pathological hallmarks with neurodegeneration still remain unclear. Ferroptosis, a regulated iron dependent cell death pathway involving a lethal accumulation of lipid peroxides, shares several features with PD pathophysiology. Interestingly, a-syn has been functionally and pathologically linked with the metabolisms of iron and polyunsaturated fatty acids (PUFAs), suggesting a possible interplay between dysregulated a-syn and other PD pathological hallmarks related to ferroptosis. This project aims to study the potential implication of a-syn in the ferroptosis pathway, thus demonstrating a pivotal interplay between a-syn and ferroptosis in PD. To this extent, we have generated stable LUHMES dopaminergic neuronal precuros cell lines, which can be further differentiated into mature dopaminergic neurons, with the homozygous A53T a-syn mutation, and have knocked-out the main 140 amino-acid long a-syn isoform (140 a-syn) via CRISPR/Cas9 genome editing. We have observed that the PD-linked A53T a-syn mutation increases the sensitivity of LUHMES dopaminergic neurons to ferroptosis-induced lipid peroxidation and cell death, whilst reduced a-syn either in the 140 a-syn result in ferroptosis evasion. This response was specific to ferroptosis since no difference in apoptosis sensitivity was reported. Interestingly, reducing a-syn levels by siRNA protected dopaminergic neurons from ferroptosis to comparable levels as knocking-down the well-established pro-ferroptotic modulator acyl-CoA synthetase long chain family member 4 (ACSL4). Using small molecule derive neuronal precursor cells (smNPC) from PD patients differentiated into midbrain dopaminergic neurons (mDANs) we reproduced our findings. In addition, we showed intrinsically higher levels of lipid peroxidation and vulnerability to ferroptotic cell death in mDANs from a PD patients baring SNCA triplication. Lipidomic analysis were conducted in LUHMES dopaminergic neurons depleted of a-syn in order to decipher the mechanism resulting in ferroptosis resistance. A reduction in PUFAs contained in phosphatidylcholine (PD) and phosphatidylethanolamine (PE) phospholipids was observed upon a-syn and ACSL4 KD, mirrored by a reduction in the peroxidability index. Surprisingly, a more selective a prominent reduction was observed in ether-phospholipids (ether-PL), a subclass of phospholipids which have recently been shown to be essential for ferroptosis. These results provide the first direct link between a-syn and the metabolism of ether-PL and demonstrate that the levels of endogenous a-syn can determine the sensitivity of dopaminergic neurons to ferroptosis, further strengthening the implication of ferroptosis in the pathology of PD.

  • Directeur(s) de thèse : Devedjian, Jean-Christophe
  • Président de jury : Devos, David
  • Membre(s) de jury : Devedjian, Jean-Christophe - Devos, David - Desagher, Solange - Schildknecht, Stephan - Gandhi, Sonia - Duce, James
  • Rapporteur(s) : Desagher, Solange - Schildknecht, Stephan
  • Laboratoire : Lille Neuroscience et Cognition (Lille)
  • École doctorale : École doctorale Biologie-Santé (Lille)

AUTEUR

  • Mahoney Sanchez, Laura
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