Study of the pathogenic mechanisms of Lesch-Nyhan disease in relation to the dopaminergic system in a model organism, Drosophila melanogaster

L’adénine phosphoribosyltransférase (APRT) et l’hypoxanthine-guanine phosphoribosyltransférase (HGPRT) sont deux enzymes majeures impliquées dans le recyclage des purines chez les Mammifères, une voie métabolique essentielle permettant la récupération des bases puriques dérivées de l’alimentation ou de la dégradation des nucléotides. La voie de sauvetage des purines est en effet moins coûteuse en énergie que la voie de synthèse de novo et son dysfonctionnement induit diverses pathologies. En particulier, des mutations héréditaires supprimant l’activité de l’HGPRT sont associées à la maladie de Lesch-Nyhan (MLN), une pathologie infantile rare liée à l’X caractérisée par une hyperuricémie et de graves troubles neurocomportementaux tels que dystonie, spasticité et automutilations. Des études ont montré que les patients présentent une diminution significative des taux de dopamine dans les ganglions de la base, sans que l’on comprenne clairement le lien entre la neurotransmission dopaminergique et l’absence d’activité de l’HGPRT. L’objectif de cette thèse a donc été d’étudier la relation entre le sauvetage des purines et le système dopaminergique chez un organisme modèle, la drosophile, afin de mieux comprendre les mécanismes impliqués dans la MLN. La drosophile n’a pas d’homologue de l’HGPRT, ce qui suggère que l’homologue de l’APRT, désignée Aprt, est l’unique enzyme de recyclage des purines chez cet organisme. Nos travaux montrent que des drosophiles mutantes déficientes en Aprt présentent des défauts physiologiques en partie comparables à ceux associés à l’absence d’HGPRT chez l’Homme, notamment un taux élevé d’acide urique ainsi que des altérations des marqueurs dopaminergiques et des troubles neurocomportementaux. A l’inverse, des perturbations génétiques du système dopaminergique induisent une diminution de l’expression et de l’activité de l’Aprt. Nos résultats confirment ainsi la conservation d’un lien physiologique entre le recyclage des purines et le système dopaminergique chez la drosophile, et indiquent de plus que cette régulation fait intervenir la signalisation adénosinergique. Ce nouveau modèle pourrait donc s’avérer utile à terme pour identifier de nouvelles cibles thérapeutiques permettant d’améliorer le traitement de cette maladie dramatique.Adenine phosphoribosyltransferase (APRT) and hypoxanthine-guanine phosphoribosyltransferase (HGPRT) are two major enzymes involved in purine recycling in mammals, an essential metabolic pathway that allows the recovery of free purine bases derived from diet or the degradation of nucleotides. The purine salvage pathway is indeed less energy costly than de novo purine synthesis and its dysfunction induces various pathologies. In particular, inherited mutations suppressing HGPRT enzyme activity are associated with Lesch-Nyhan disease (LND), a rare X-linked metabolic and neurophysiological disorder in children, characterized by hyperuricemia and severe neurobehavioural disturbances such as dystonia, spasticity and compulsive self-injury. Studies have shown that LND patients have markedly reduced dopamine levels specifically in the basal ganglia, but the mechanisms linking the lack of HPRT activity and dopaminergic neurotransmission have not been elucidated to date. In this thesis work, we have been studying the relation between purine metabolism and the dopaminergic system in a model organism, Drosophila, with the aim to find new clues about the mechanisms involved in LND. No HGPRT homologue is present in the Drosophila genome, which suggests that the APRT homologue, named Aprt, is the only purine-recycling enzyme in this organism. Our work shows that Aprt-deficient flies have defects partly comparable to those associated with HGPRT deficiency in humans, notably an increase in uric acid levels, as well as alterations in dopaminergic markers and neurobehavioural defects. Conversely, genetic disruptions of the dopaminergic system decrease the expression and activity level of Aprt. Our results therefore confirm the conservation of a physiological link between purine recycling and the dopaminergic system in Drosophila, and further indicate that this regulation requires adenosinergic signaling. This new model could therefore prove valuable to find new therapeutic targets and possibly improve the cure of this dramatic disease