• Langue : Anglais
• Discipline : Aspects moléculaires et cellulaires de la biologie
• Identifiant : 2025ULILS006
• Type de thèse : Doctorat
• Date de soutenance : 31/03/2025

Résumé en langue originale

La maladie de Parkinson (MP), deuxième trouble neurodégénératif lié à l’âge en termes de prévalence, se caractérise par une perte progressive des neurones dopaminergiques de la Substantia Nigra pars compacta, perte médiée par des voies de mort cellulaire régulée (MCR). Bien que le vieillissement soit le principal facteur de risque, l’étiologie de la MP est complexe. Plus de 90% des cas sont sporadiques et associés à des facteurs environnementaux ainsi qu’à des interactions gène-environnement. Bien que certaines variants génétiques (par ex., PARK2, GBA, LRRK2, SNCA) soient liés à des formes familiales de MP, les influences environnementales, telles que les particules ultrafines (PUF) issues de la pollution atmosphérique, restent peu étudiées. La ferroptose – une MCR fer-dépendante impliquant la peroxydation lipidique – s’est imposée comme un mécanisme prévalent dans la pathologie de la MP. L'objectif principal de cette these était de déterminer les effets neurotoxiques de l'exposition aux PUF, en se concentrant sur les caractéristiques liées à la MP, telles que les modifications des fonctions motrices et cognitives, le stress oxydatif neuronal, les altérations métalliques cérébrales, la neuroinflammation et la neurodégénérescence, notamment à travers les voies de MCR.Étude in vivoDes souris mâles BALB/c âgées de 10 semaines (n = 12/groupe) ont été exposées par une instillation intranasale à différentes doses de PUF (0, 10 ou 30 μg) deux fois par semaine pendant 12 semaines. Un groupe supplémentaire a suivi le même schéma d’exposition, suivi d’une récupération de 12 semaines sans exposition aux PUF. Les tests comportementaux (actimétrie en openfield, labyrinthe en croix surélevé, Y-maze spatial, alternance spontanée en Y-maze, test d’évitement passif) n’ont révélé aucune altération significative des fonctions motrices, de l’anxiété ou des capacités cognitives. Toutefois, des analyses métalliques du cerveau, ainsi que l’expression des gènes du récepteur des hydrocarbures aromatiques (AhR) et de la métallothionéine (Mt), ont confirmé la présence de PUF dans le cerveau entier. Cette présence a été validée par microscopie électronique à transmission (TEM) et microscopie laser femtoseconde, indiquant une accumulation de PUF en particulier dans le cortex préfrontal et la Substantia Nigra (SN).Une augmentation de l’oxydation du glutathion, une activité accrue de la GPx et une régulation positive des voies Nrf2 et NF-κB, accompagnées de la libération de cytokines pro-inflammatoires, ont montré des réponses adaptatives cellulaires contre le stress oxydatif et la neuroinflammation. Fait intéressant, les marqueurs de MCR, y compris de l’apoptose (p-BAD/BAD, caspase-3), de l’autophagie (ATG7, LC3b), de la ferroptose (FTH1, 4-HNE), de la nécroptose (p-RIP3/RIP3, MLKL) et de la parthanatose (AIF, MIF), étaient supprimés dans le tissu cérébral entier, traduisant une résilience adaptative robuste. Aucune perte neuronale n’a été détectée dans les régions clés de neurodégénérescence telles que la SN (TH) ou le striatum (NeuN).Une publication est en cours de rédaction pour cette partie.Cependant, la MP se caractérise par une neurodégénérescence dopaminergique en phase terminale, précédée d’événements en amont tels que le stress oxydatif et l’inflammation. Plus spécifiquement, l’accumulation de PUF dans la SN soulève des inquiétudes quant à leur potentiel à induire une ferroptose dans les neurones dopaminergiques. L’étude in vitro permet de répondre à cette question [...].

Résumé traduit

Parkinson’s disease (PD), the second most prevalent age-related neurodegenerative disorder, involves progressive dopaminergic neuronal loss in the Substantia Nigra pars compacta, driven by regulated cell death (RCD) pathways. While aging is the primary risk factor, PD’s etiology is complex, with over 90% of cases being sporadic and linked to environmental factors and gene-environment interactions. Although genetic variants (e.g., PARK2, GBA, LRRK2, SNCA) contribute to familial PD, environmental influences such as air pollution-derived ultrafine particles (UFP) remain underexplored. Ferroptosis – an iron-dependent RCD involving lipid peroxidation – has emerged as a prevalent mechanism in PD pathology. While individual effectors, promotors, and inhibitors of ferroptosis have been studied, our lab (LilNCog) was the first to provide a comprehensive view of its role across in vitro, ex vivo, and in vivo PD models. The objective of this PhD research was to evaluate whether UFP exposure induces PD-related features, such as oxidative stress, neuroinflammation, and ultimately neuronal RCD; and to assess the possible contribution of UFP to PD-etiopathology using in vitro and in vivo models. In vivo analysis Ten-week-old male BALB/c mice (n = 12/group) were intranasally exposed to UFP-doses (0, 10 or 30 μg) twice weekly for 12 weeks. An additional group was submitted to the same exposure schedule, followed by a 12 week recovery. Behavioral testing (i.e., open field, elevated plus-maze, Y-maze, spontaneous alternation, passive avoidance test) revealed no significant motor, anxiety, or cognitive impairments. However, brain metal analysis, aryl hydrocarbon receptor (AhR) and metallothionein (Mt) gene expression confirmed the UFP presence in whole brain tissue, followed by transmission electron (TEM) and femtosecond pulsed laser microscopy confirming UFP deposition particularly in the prefrontal cortex and SN. Increased glutathione oxidation, enhanced GPx activity, and upregulation of Nrf2 and Nf-κB pathways accompanied by the release of pro-inflammatory cytokines, indicated adaptative cellular defenses against oxidative stress and neuroinflammation. Interestingly, markers of RCD, including apoptosis (p-BAD/BAD, caspase-3), autophagy (ATG7, LC3b), ferroptosis (FTH1, 4-HNE), necroptosis (p-RIP3/RIP3, MLKL) and parthanatos (AIF, MIF) were suppressed in whole-brain tissue, reflecting robust adaptive resilience. No neuronal loss was detected in neurodegenerative key regions such as the SN (via TH staining) or the striatum (via NeuN staining). However, PD is characterized at the endpoint through dopaminergic neurodegeneration, but before upstream events such as oxidative stress and neuroinflammation take place. More specific, the accumulation of UFP in the SN raises concerns about their potential to trigger ferroptosis in dopaminergic neurons, which we answered through an in vitro approach. In vitro analysis Therefore, LUnd Human MESencephalic (LUHMES) cells (CRL-2927™), differentiated into mature dopamine-like neurons, were exposed to UFP (2 and 10 μg/cm²) for 24 hours. Iron uptake (TfR), intracellular iron storage (ferritin), glutathione status (GSSH/GSH ratio, glutathione peroxidase activity: GPx, protein level cGPx4, xc-/SLC7A11, P53), and lipid peroxidation (4-HNE) were investigated, together with the potential inhibition by some specific ferroptotic inhibitors (liproxstatin-1: LPX, deferiprone: DFP). Additionally, selective autophagy (NCOA4), autophagic cell death (LC3b) and apoptosis (BAX, caspase-3/7, -8 and -9 activities) were studied as well to get a complete RCD overview. Comparative exposure to 5 μM 1-methyl-4-phenylpyridinium (MPP+), a toxin widely used in PD models, was applied to assess the degree of UFP neurotoxicity in comparison to a well-characterized model of dopaminergic cell death [...].