Multiple System Atrophy : modelling and experimental strategy research

L’atrophie multisystématisée (AMS) est une maladie neurodégénérative orpheline altérant de nombreuses régions du système nerveux central, notamment les systèmes olivopontocérébelleux et striatonigral ainsi que divers noyaux autonomes du tronc cérébral, et dont la progression est très rapide. La principale caractéristique de l’AMS est la présence d’agrégats oligodendrogliaux nommés inclusions cytoplasmiques gliales dont le principal composant est la protéine α-synucléine (α-syn). La dégénérescence entraine notamment une grave atteinte des fonctions autonomes, ainsi qu’à un degré variable un syndrome parkinsonien et des troubles cérébelleux. Il n’existe aujourd’hui aucun traitement modifiant la progression de la maladie ni de biomarqueur permettant de détecter ou de suivre son évolution. Ma thèse est une approche multifactorielle qui m’a permis de travailler sur les diverses étapes de la recherche à visée thérapeutique, de la modélisation animale à la phase pré-clinique, puis à la détermination de potentiels biomarqueurs de la sévérité de la maladie. Dans la première partie de la thèse, nous avons induit une surexpression virale de l’α-syn oligodendrogliale par injection stéréotaxique striatale chez le rat et le singe. Nous avons montré chez le rat une dysfonction motrice progressive, une dégénérescence des neurones dopaminergiques de la substance noire compacte (SNc) mais aussi des neurones striataux, ainsi qu’une agrégation pathologique de l’α-syn. Pour le modèle primate, nous avons déterminé la spécificité de l’expression de l’α-syn oligodendrogliale, l’étendue de l’infection virale et de la présence de l’α-syn. Dans un second temps, nous avons étudiés l’effet de trois stratégies thérapeutiques sur la neurodégénérescence et l’agrégation de l’α-syn retrouvées dans un modèle murin transgénique de l’AMS. La rapamycine, dont une des actions est d’activer la dégradation protéique, a montré un effet neuroprotecteur partiel sur la dégénérescence des neurones de la SNc, tandis que l’administration intrapéritonéale du nilotinib qui avait montré des effets neuroprotecteurs et anti agrégatifs dans divers modèles de la maladie de Parkinson n’a eu aucun effet dans ce modèle. La troisième stratégie thérapeutique a pour but d’agir sur la résistance à l’insuline cérébrale, qui est une des caractéristiques des patients AMS, chez notre modèle murin transgénique par une approche d’injection stéréotaxique virale au niveau du striatum induisant la surexpression d’un micro ARN. L’inhibition de la kinase GRK2, impliquée dans les phénomènes de résistance à l’insuline, suite à cette injection a montré des effets neuroprotecteurs dans la SNc. Le troisième projet de ma thèse a consisté à mesurer, grâce à la technologie SIMOA, la concentration de plusieurs biomarqueurs potentiels dans le sérum et le liquide céphalo rachidien de patients AMS et à les corréler avec les données cliniques.Abstract: Multiple system atrophy (MSA) is a rapidly progressing orphan disease characterized by neurodegeneration in several brain regions, including olivopontocerebellar and striatonigral systems, together with several brainstem autonomic nuclei. The hallmark of MSA is the presence of oligodendroglial aggregates named glial cytoplasmic inclusions, which are mostly composed of the protein α-synuclein (α-syn). The neurodegenerative process causes a variable combination of parkinsonism, cerebellar impairment and autonomic dysfunction. No disease modifying therapies, nor peripheral biomarkers that would allow detecting or monitoring the evolution of MSA, are yet available. My PhD work was a multifactorial approach which allowed me to work on the different levels of therapeutic research, from animal modelling to preclinical research, and finally the search for fluid biomarkers in patient samples. We first created new models of MSA based on viral-mediated overexpression of α-syn in striatal oligodendrocytes in rats and non-human primates. We showed in our rat model progressive motor dysfunction, degeneration of dopaminergic neurons of the substantia nigra pars compacta (SNc) and striatal neurons, as well as pathological aggregation of α-syn. For the primate model, we established the specificity of oligodendroglial α-syn expression and the reach of the viral infection. In the second part, we studied the effect of three therapeutic strategies on neurodegeneration and α-syn aggregation in a transgenic murine model of MSA. Rapamycine, known to activate protein degradation through autophagy, showed a partial neuroprotective effect on dopaminergic neurons of the SNc, while intraperitoneal administration of nilotinib, which exerted neuroprotective and anti-aggregative effects in several models of Parkinson’s disease, failed to show any effect in transgenic MSA mice. The last therapeutic strategy aimed to act on brain insulin resistance, which is one of the pathological features found in MSA patient brains, through viral-mediated overexpression of a micro RNA that reduces the expression of the G protein (heterotrimeric guanine nucleotide–binding protein)–coupled receptor kinase 2 (GRK2). The inhibition of the GRK2 kinase, which is involved in mediating insulin resistance, showed neuroprotective effects in the SNc in transgenic MSA mice. The third project of my PhD work consisted in the assessment of several potential fluid biomarkers in MSA patients using the SIMOA technology