• Langue : Français, Anglais
• Discipline : Neurosciences
• Identifiant : 2025ULILS064
• Type de thèse : Doctorat
• Date de soutenance : 18/12/2025

Résumé en langue originale

La maladie d’Alzheimer (MA) est la cause de démence la plus répandue à travers le monde. Elle est caractérisée par l’accumulation extracellulaire du peptide amyloïde-?, l’agrégation intracellulaire de la protéine Tau ainsi qu’une perte progressive précoce des synapses. La forme la plus courante de la maladie est d’origine multifactorielle et relève d’une combinaison complexe de facteurs environnementaux et génétiques. Les études d’association pangénomique ont mis en évidence de nombreux gènes de susceptibilité, dont BIN1 et PTK2B, considérés parmi les principaux modulateurs du risque de MA. Ces deux protéines, localisées aux synapses, interviennent dans la dynamique membranaire, l’organisation du cytosquelette et la signalisation calcique, autant de processus essentiels à la transmission et la plasticité synaptique. Pourtant, leurs relations fonctionnelles n’avaient pas été abordées. Cette thèse visait à explorer l’interaction fonctionnelle entre BIN1 et PTK2B et à déterminer son rôle au niveau synaptique. Deux modèles expérimentaux complémentaires ont été mobilisés : le modèle de la Drosophile, Drosophila melanogaster, un modèle in vivo permettant des analyses génétiques fines et la culture primaire de neurones hippocampiques de rat, un modèle mammifère offrant un cadre cellulaire plus proche de la physiologie humaine. Chez la Drosophile, j’ai généré des lignées recombinantes portant les délétions simples ou combinées des orthologues de BIN1 et de PTK2B, respectivement nommés Amph et Fak, afin d’en analyser les effets synaptiques. J’ai observé que le phénotype de croissance excessive de la jonction neuromusculaire connu chez les mutants délétés pour Fak est corrigé dans le mutant doublement délété pour Amph et Fak. De plus, je décris une augmentation du nombre de ramifications de ces jonctions dans les mutants délétés pour Amph, phénotype jusque-là inconnu, qui est exacerbé en double délétion. En parallèle, le défaut locomoteur connu associé à la mutation d’Amph est amplifié dans le double mutant. Des enregistrements électrophysiologiques confirment l’implication fonctionnelle synaptique d’Amph et de Fak et vont dans le sens des altérations morphologiques observées. Ces résultats démontrent une interaction fonctionnelle entre Amph et Fak et suggèrent que ces gènes régulent la morphogenèse synaptique. Chez les neurones de rat, je montre une colocalisation entre BIN1 et PTK2B par immunofluorescence et test de proximité moléculaire. L’invalidation combinée de BIN1 et PTK2B perturbe l’arborisation dendritique, la distribution des marqueurs synaptiques et la densité synaptique. L’ensemble de ces résultats converge donc également vers l’existence d’une interaction fonctionnelle BIN1-PTK2B au sein de la synapse, impliquée dans le développement ou la stabilisation des structures synaptiques, et conservée au cours de l’évolution.Ainsi, ce travail met en lumière une interaction fonctionnelle entre deux facteurs de risque génétique de la MA. Il renforce l’hypothèse d’une vulnérabilité synaptique d’origine génétique dans la MA, à savoir que la synapse constitue un noeud central où convergent les effets des gènes à risque de la MA. Cette interaction fonctionnelle pourrait représenter un mécanisme clé reliant les altérations de la dynamique membranaire, le complexe d’adhésion focale et les cascades de signalisation calcique impliquées dans la dégénérescence synaptique. Les perspectives de ce travail visent à identifier les voies moléculaires et les partenaires spécifiques de l’axe BIN1-PTK2B et à replacer cette interaction dans le contexte physiopathologique de la MA. En disséquant ces interactions, ce travail participe à la construction d’un modèle intégratif de la MA et à l’émergence de stratégies thérapeutiques plus ciblées et personnalisées fondées sur la vulnérabilité génétique propre à chaque individu.

Résumé traduit

Alzheimer’s disease (AD) is the most common cause of dementia worldwide. It is characterized by the extracellular accumulation of amyloid-? peptide, the intracellular aggregation of Tau protein, and an early progressive loss of synapses. The most prevalent form of the disease is multifactorial, resulting from a complex combination of environmental and genetic factors. Genome-wide association studies have identified numerous susceptibility genes, among which BIN1 and PTK2B are considered major modulators of AD risk. Both proteins are located at synapses, where they contribute to membrane dynamics, cytoskeletal organization, and calcium signaling processes essential for synaptic transmission and plasticity. However, their functional relationship had not yet been addressed.This thesis aimed to explore the functional interaction between BIN1 and PTK2B and to determine its role at the synaptic level. Two complementary experimental models were used: the fruit fly Drosophila melanogaster, an in vivo model allowing fine genetic analyses, and primary cultures of rat hippocampal neurons, a mammalian model providing a cellular framework closer to human physiology. In Drosophila, I generated recombinant lines carrying single or combined deletions of the orthologs of BIN1 and PTK2B, respectively named Amph and Fak, to analyze their synaptic effects. I observed that the neuromuscular junction overgrowth phenotype known in Fak-deleted mutants was rescued in the double Amph-Fak mutant. Moreover, I describe an increase in terminal branching of the neuromuscular junction in Amph-deleted mutants, a previously undescribed phenotype, which is exacerbated in the double deletion. In parallel, the locomotor defect associated with Amph mutation was amplified in the double mutant. Electrophysiological recordings confirmed the functional synaptic involvement of Amph and Fak and were consistent with the morphological alterations observed. These results demonstrate a functional interaction between Amph and Fak and suggest that these genes regulate synaptic morphogenesis. In rat neurons, I show colocalization of BIN1 and PTK2B by immunofluorescence and proximity ligation assays. The combined knockdown of BIN1 and PTK2B disrupted dendritic arborization, synaptic marker distribution, and synaptic density. Altogether, these findings also support the existence of a functional BIN1-PTK2B interaction within the synapse, involved in the development or stabilization of synaptic structures, and conserved throughout evolution. Thus, this work highlights a functional interaction between two genetic risk factors for AD. It reinforces the concept of a genetically driven synaptic vulnerability in AD, in which the synapse represents a central hub where the effects of risk genes converge. This functional interaction may represent a key mechanism linking alterations in membrane dynamics, the focal adhesion complex, and calcium-dependent signaling cascades involved in synaptic degeneration. The perspectives of this work aim to identify the molecular pathways and specific partners of the BIN1-PTK2B axis and to reposition this interaction within the pathophysiological context of AD. By dissecting these interactions, this study contributes to building an integrative model of Alzheimer’s disease and to the emergence of more targeted and personalized therapeutic strategies based on each individual’s genetic vulnerability profile.