• Langue : Français, Anglais
• Discipline : Biomolécules, pharmacologie, thérapeutique
• Identifiant : 2024ULILS086
• Type de thèse : Doctorat
• Date de soutenance : 13/12/2024

Résumé en langue originale

La maladie de Parkinson (MP) est une pathologie neurodégénérative complexe qui touche environ 1 % des personnes âgées de plus de 65 ans. Elle se caractérise principalement par une dégénérescence progressive et sélective des neurones dopaminergiques (NDA) de la substance noire du cerveau, entraînant des symptômes moteurs tels que des tremblements, une rigidité musculaire et des troubles de la coordination. En plus des inclusions classiques d'alpha-synucléine dans les corps de Lewy et les neurites, ainsi que des anomalies dans la synthèse de la dopamine (DA), la MP est également associée à une dyshoméostasie du fer et des lipides. Le striatum et la substance noire pars compacta (SNpc), des régions cérébrales particulièrement affectées par la MP, sont physiologiquement enrichies en fer, un élément essentiel à la synthèse de la DA. Cependant, dans la MP, cette accumulation de fer devient anormale, ce qui contribue à l'aggravation de la neurodégénérescence. Des études post-mortem sur des cerveaux de patients atteints de Parkinson ont révélé une accumulation excessive de fer dans ces régions, phénomène confirmé par des techniques d'imagerie IRM à haute résolution. En parallèle, cette dyshoméostasie du fer s'accompagne de niveaux élevés de peroxydation lipidique, deux processus clés dans une forme de mort cellulaire récemment identifiée, appelée ferroptose. La ferroptose est un type de mort cellulaire non-apoptotique, dépendant du fer, déclenché par l'accumulation de peroxydes lipidiques qui provoquent la rupture des membranes cellulaires, en l'absence de défenses antioxydantes suffisantes, notamment via l'enzyme glutathion peroxydase 4 (GPX4). De plus, dans la MP, l'altération de la dynamique lipidique, en particulier celle des acides gras polyinsaturés (PUFA) comme l'acide arachidonique (AA) et l'acide docosahexaénoïque (DHA), rend les membranes neuronales particulièrement sensibles à la peroxydation lipidique. Des études ont mis en évidence une augmentation significative des marqueurs de peroxydation lipidique, tels que le 4-hydroxy-2-nonénal (4-HNE), dans les régions cérébrales affectées par la MP. La corrélation entre ces niveaux élevés de peroxydation lipidique et l'accumulation de fer dans les NDA suggère un lien étroit entre ces deux processus dans la progression de la maladie. Dans cette étude, nous avons exploré le rôle de la ferroptose dans la mort des NDA en utilisant un modèle in vitro de NDA humains différenciés à partir de la lignée cellulaire LUHMES. Contrairement aux études antérieures qui utilisaient des inducteurs pharmacologiques de la ferroptose, tels que RSL3, un inhibiteur de GPX4, notre approche s'est concentrée sur des conditions plus représentatives de la physiopathologie de la MP. Nous avons montré que la supplémentation en AA, un PUFA prédominant dans le cerveau, combinée à un excès de fer, reproduit les conditions observées dans la MP. Cette combinaison d'AA et de fer (AA + Fe) induit efficacement et spécifiquement la ferroptose, sans qu'il soit nécessaire d'utiliser des toxines environnementales ou des mutations génétiques. Une analyse ex vivo de coupes organotypiques de cerveau a confirmé que l'association AA + Fe induit la ferroptose dans la voie nigrostriée (striatum et SNpc), et que ce phénomène peut être inhibé par la Ferrostatin-1, un inhibiteur de la ferroptose. L'inhibition de l'ACSL4, une enzyme clé dans l'incorporation des PUFA dans les phospholipides membranaires, ainsi que des lipoxygénases ALOX15 et ALOX15B, responsables de la peroxydation lipidique, a permis de protéger les NDA contre la ferroptose induite par la combinaison AA + Fe. Ces résultats confirment l'implication de la peroxydation lipidique et plus particulièrement de la ferroptose dans la dégénérescence des NDA dans la MP, et soulignent le potentiel de ces enzymes comme cibles thérapeutiques pour de futures stratégies neuroprotectrices.

Résumé traduit

Parkinson's disease (PD) is a complex neurodegenerative disorder that affects approximately 1% of individuals over the age of 65. It is primarily characterized by the progressive and selective degeneration of dopaminergic neurons (DA neurons) in the substantia nigra, leading to motor symptoms such as tremors, muscle rigidity, and coordination impairments. In addition to the hallmark inclusions of alpha-synuclein in Lewy bodies and neurites, and abnormalities in dopamine (DA) synthesis, PD is also associated with iron and lipid dyshomeostasis.The striatum and substantia nigra pars compacta (SNpc), brain regions particularly affected in PD, are physiologically rich in iron, an essential element for DA synthesis. However, in PD, iron accumulation becomes pathological, exacerbating neurodegeneration. Post-mortem studies on the brains of PD patients have revealed excessive iron accumulation in these regions, confirmed by high-resolution MRI. This iron dyshomeostasis is also accompanied by elevated lipid peroxidation, both of which are critical processes in ferroptosis, a newly identified form of regulated cell death.Ferroptosis is a non-apoptotic, iron-dependent form of cell death, triggered by the accumulation of lipid peroxides that cause membrane rupture in the absence of sufficient antioxidant defenses, notably through the enzyme glutathione peroxidase 4 (GPX4). Moreover, in PD, altered lipid dynamics, particularly involving polyunsaturated fatty acids (PUFAs) such as arachidonic acid (AA) and docosahexaenoic acid (DHA), render neuronal membranes especially vulnerable to lipid peroxidation. Studies have shown a significant increase in lipid peroxidation markers like 4-hydroxy-2-nonenal (4-HNE) in brain regions affected by PD. The correlation between elevated lipid peroxidation and iron accumulation in NDAs points to a close link between these two processes in the progression of PD.In this study, we explored the role of ferroptosis in DA neurons death using an in vitro model of human DA neurons differentiated from the LUHMES cell line. Unlike previous studies that employed pharmacological inducers of ferroptosis, such as RSL3 (a GPX4 inhibitor), our approach focused on conditions more representative of PD pathophysiology. We demonstrated that supplementation with AA, a predominant PUFA in the brain, combined with excess iron (AA + Fe), effectively recapitulates the pathological conditions observed in PD. This combination specifically induces ferroptosis without the need for environmental toxins or genetic mutations.An ex vivo analysis of organotypic brain sections confirmed that the AA + Fe combination induces cell death in the nigrostriatal pathway (striatum and SNpc), and that this process can be inhibited by Ferrostatin-1, a ferroptosis inhibitor.Furthermore, inhibition of ACSL4, a key enzyme in PUFA incorporation into membrane phospholipids, and of the lipoxygenases ALOX15 and ALOX15B, which mediate lipid peroxidation, protected DA neurons from ferroptosis induced by the AA + Fe combination. These findings confirm the involvement of lipid peroxidation and, more specifically, ferroptosis in DA neurons degeneration in PD, highlighting the therapeutic potential of these enzymes as targets for future neuroprotective strategies.