Identification de stratégies thérapeutiques sur de nouveaux modèles de drosophiles de l'ataxie de Friedreich

L'ataxie de Friedreich (AF) est l'ataxie héréditaire autosomique récessive la plus fréquente dans les populations caucasiennes. Elle se caractérise par une neurodégénérescence progressive et une cardiomyopathie hypertrophique. L'espérance de vie moyenne des patients est inférieure à 40 ans et il n'existe actuellement aucun traitement efficace pour guérir, voire ralentir la progression de la maladie. L'AF est causée par une expansion de triplets GAA dans le premier intron du gène FXN, conduisant à une diminution de son expression. Ce gène code pour la frataxine, une petite protéine mitochondriale impliquée dans la synthèse des centres fer-soufre. Cette thèse rapporte le développement et la caractérisation de nouveaux modèles de l'AF chez Drosophila melanogaster, générés par introduction dans l'intron du gène de la frataxine de mouche, de triplets GAA provenant de patients, en utilisant le système CRISPR/Cas9. Cinq lignées portant respectivement 320, 200, 65, 42 ou 18 triplets GAA ont été générées. Les lignées avec les expansions les plus importantes (320 et 200 GAA) présentent une forte diminution de l'expression de la frataxine, associée à un retard de croissance et à une létalité développementale. Les lignées avec des expansions plus courtes (42 et 18 GAA) sont viables mais les adultes ont une durée de vie réduite, des déficits locomoteurs et sont hypersensibles au stress oxydant. Les signatures transcriptionnelles dues au déficit en frataxine ont été analysées par Deep Sequencing dans le modèle 200 GAA. Une dérégulation des gènes impliqués dans le métabolisme des acides aminés ainsi que des signatures transcriptomiques de stress oxydatif ont été observées. L'un des gènes surexprimé, Tspo, pourrait être un candidat prometteur comme marqueur de la progression de la maladie. La N-acétyl cystéine, un composé identifié par criblage de molécules candidates, améliore significativement la survie, la fonction locomotrice, la résistance au stress oxydatif et l'activité aconitase de ces mouches déficientes en frataxine. Cette thèse présente également la validation de composés identifiés par criblage d'une chimiothèque constituée de 1280 composés, sur un modèle cardiaque de l'AF, dans lequel la frataxine est inactivée par ARN interférence spécifiquement dans le cœur ce qui a permis d'identifier onze composés cardioprotecteurs. Cette étude illustre donc la pertinence de ces modèles drosophile, qui récapitulent les principales caractéristiques de la maladie humaine, pour identifier des médicaments candidats et évaluer des stratégies thérapeutiques.Friedreich's Ataxia (FA) is the most common autosomal recessive hereditary ataxia in Caucasian populations. It is characterized by progressive neurodegeneration and hypertrophic cardiomyopathy. The average life expectancy of patients is less than 40 years and there is currently no effective treatment to cure, or even slow the progression of the disease. FA is caused by an expansion of GAA triplets in the first intron of the FXN gene, leading to a decrease in its expression. This gene encodes frataxin, a small mitochondrial protein involved in the synthesis of iron-sulfur centers. This thesis reports the development and characterization of new Drosophila melanogaster FA models, generated by CRISPR/Cas9 insertion of GAA triplets from FA patients in the intron of the fly frataxin gene. Five lines carrying respectively 320, 200, 65, 42 or 18 GAA triplets were generated. The lines with the largest expansions (320 and 200 GAA) present a strong decrease in frataxin expression, associated with growth retardation and developmental lethality. At low rearing temperatures, some flies reach the adult stage but exhibit serious locomotor defects and shortened lifespan. The lines with shorter GAA expansions (42 and 18 GAA) are viable but adults are short lived, exhibit serious locomotor defects and are sensitive to oxidative stress. The transcriptional signatures of frataxin deficiency were analyzed by Deep sequencing in the 200 GAA model. Deregulation of genes involved in amino-acid metabolism as well as transcriptomic signatures of oxidative stress have been observed. One of the upregulated gene, Tspo, might be a promising candidate as a marker of disease progression. N-acetyl cysteine, a compound identified by candidate drug screening, improved the survival, locomotor function, resistance to oxidative stress and aconitase activity of these frataxin-deficient flies. This thesis also present the validation of compounds identified by screening a chemical library consisting of 1280 compounds, on a cardiac model of FA, in which frataxin is inactivated by RNA interference specifically in the heart. Eleven compounds were found to be cardioprotective. This study therefore illustrates the relevance of these Drosophila models, which recapitulate the main hallmarks of the human disease, to identify candidate drugs and to evaluate therapeutic strategies