Functional study of the LGI1 protein involved in temporal lobe epilepsies

Ce travail a pour objet l'étude de la fonction de la protéine LGI1. Des mutations dans le gène LGI1 (leucine-rich, glioma-inactivated 1) sont responsables de l'épilepsie autosomique dominante avec crises à symptomatologie auditive (ADEAF), un syndrome épileptique familial qui est caractérisé par des symptômes auditifs et qui survient à l'adolescence ou chez le jeune adulte. Par ailleurs, des anticorps dirigés contre la protéine LGI1 ont été trouvés dans le liquide cérébro-spinal de patients présentant une encéphalite limbique autoimmune avec crises d'épilepsie, qui apparaît de façon aiguë chez l'adulte. La perte de fonction de LGI1, une protéine neuronale sécrétée, entraîne donc des crises chez l'Homme soit par haploinsuffisance (ADEAF) soit par un mécanisme autoimmun (encéphalite limbique). La littérature rapporte que LGI1 pourrait agir au niveau de la synapse glutamatergique et, durant le développement postnatal, sur la maturation des neurones glutamatergiques. Sa fonction est donc encore mal connue et controversée. Afin de mimer la perte de fonction de LGI1 chez l'animal, un modèle de souris knockout a auparavant été généré par l'équipe. Ces souris déficientes de façon constitutive pour le gène Lgi1 (Lgi1-/-) reproduisent en partie la pathologie humaine avec l'émergence de crises d'épilepsie spontanées. Dans la première partie de ce travail de thèse, nous avons généré et caractérisé le phénotype de souris knockout conditionnelles. Nous avons montré que la délétion de Lgi1 restreinte aux neurones glutamatergiques chez l'embryon ou chez l'adulte est suffisante pour provoquer des crises spontanées. Au contraire, la délétion de Lgi1 dans les interneurones GABAergiques à parvalbumine n'induit pas de changement du seuil d’apparition des crises. Ces résultats sont en faveur de l'hypothèse que la protéine Lgi1sécrétée par les neurones glutamatergiques a une contribution déterminante à laphysiopathologie des épilepsies liées à LGI1. Nous avons aussi démontré le rôle crucial decette protéine pour maintenir une excitabilité normale du développement à l'âge adulte.Dans la seconde partie, l'étude des souris Lgi1-/- constitutives a permis d'établir que la déficience en Lgi1 n'entraîne pas d'altérations de la morphologie des dendrites et dessynapses des neurones glutamatergiques. Par contre, elle conduit à une augmentation de latransmission synaptique glutamatergique due à une augmentation de la libération vésiculaire de glutamate dans la fente synaptique, suggérant un rôle présynaptique pourLgi1. Cet effet précède le début des crises et pourrait donc sous-tendre le phénotype épileptique.La poursuite de nos recherches consistera à préciser les mécanismes d'action présynaptique de LGI1. A plus long terme, l'identification récente de mutations du gène RELN dans l'ADEAF ouvrira de nouvelles voies de recherche, en particulier l'étude des interactions entre LGI1 et Reelin.Mutations in the gene LGI1 (leucine-rich, glioma-inactivated 1) have been reported in families with autosomal dominant epilepsy with auditory features (ADEAF). ADEAF is a well-defined inherited condition consisting of adolescence/early adulthood-onset lateral temporal seizures. Moreover, LGI1 antibodies are involved in autoimmune limbic encephalitis, an acquired epileptic disorder of adulthood associated with memory loss and confusion. LGI1 loss-of-function caused by haploinsufficiency (ADEAF) or by autoimmunity (limbic encephalitis) triggers seizures in Human. LGI1 is a secreted neuronal protein. Its function in the brain is still uncertain and controversial, but there is evidence that LGI1 acts at the glutamatergic synapses and in the maturation of glutamatergic neurons during postnatal development. To mimic LGI1 loss-of-function in animal, a knockout mouse model has been previously generated. Germline Lgi1-deficient mice (Lgi1-/-) recapitulate several features of the human disease with early-onset spontaneous seizures.During the first part of my thesis project, I generated Lgi1 conditional knockout mice and characterized their phenotype. Selective deletion of Lgi1 in glutamatergic neurons during embryogenesis or adulthood is sufficient to generate spontaneous seizures. In contrast, neither spontaneous seizures nor increased seizure susceptibility to convulsant were observed when Lgi1 deletion was restricted to parvalbumin-positive GABAergic interneurons. Together, these data suggested that Lgi1 secreted from excitatory neurons makes a major contribution to the pathogenesis of LGI1-related epilepsies. We also demonstrated that Lgi1 is required from embryogenesis to adulthood to maintain normal circuit excitability. During the second part, we showed, using germline Lgi1-/- mice, that Lgi1 deficiency does not alter the dendritic or synaptic morphology of glutamatergic neurons. However, it induces an increased synaptic release of glutamate that leads to an increased glutamatergic transmission. This effect suggests a presynaptic role for Lgi1. By preceding seizure onset, it may underlie the epileptic phenotype. Next step will be to precise how LGI1 acts at the presynaptic side. Also, the recent identification of mutations in the gene RELN in ADEAF will certainly open new avenue, especially LGI1 and Reelin interaction studies