Study of the neuroinflammatory component in FTD/ALS

Les démences frontotemporales (DFT) et la sclérose latérale amyotrophique (SLA) sont deux maladies neurodégénératives faisant partie d'un même spectre clinique, génétique et neuropathologique. Afin d’identifier une voie biologique commune aux DFTs et SLA, nous nous sommes intéressés aux mécanismes d’activation microgliale. Deux axes d’étude principaux ont composé cette thèse : 1/ La protéine TDP-43, qui forme les inclusions majoritaires des DFT-SLA, est-elle capable d’activer les cellules microgliales ? Par quels mécanismes ? 2/ La perte de fonction des protéines C9ORF72 et PGRN a-t-elle des conséquences sur la réactivité microgliale en présence de TDP-43? Par l’utilisation de modèles in vitro de cultures primaires microgliales nous montrons que la protéine TDP-43 active la voie non canonique microgliale de l'inflammasome NLRP3. Celle-ci se produit suite à l’interaction de TDP-43 avec les récepteurs TLR2/4, et à son internalisation dans les cellules microgliales. Les cellules microgliales murines déficientes C9orf72-/- et GrnR493X/R493X sont hyper-réactives vis-à-vis d’une stimulation par TDP-43. Cet effet est reproduit dans un modèle « MDMi » de cellules microgliales dérivées de monocytes de patients DFT porteurs de mutation GRN ou C9ORF72. Enfin, nous montrons que cet effet peut être lié aux fonctions des protéines PGRN et C9ORF72 nécessaires au bon fonctionnement de la boucle de rétrocontrôle de l’activité de l’inflammasome par la voie autophagique. Nos données mettent en évidence une voie commune de neuroinflammation dans les DFTs et la SLA, et ouvrent de nouvelles pistes sur les processus neurodégénératifs de ces maladies.Frontotemporal Dementia (FTD) and Amyotrophic Lateral Sclerosis (ALS) are two neurodegenerative diseases from the same clinical, genetic and neuropathological spectrum. In order to identify a common biological pathway for FTD and ALS, we examined the microglial activation mechanisms in FTD and mixed forms of FTD-ALS. Murine models mimicking GRN and C9ORF72 loss of expression, genes that are mutated in familial forms of FTD and FTD-ALS (C9ORF72 only), develop immune phenotypes. Thus, this thesis was composed by two main lines of study: 1/ Is the TDP-43 protein, which is the main component of inclusions in FTD-ALS, capable of activating microglial cells? By which mechanisms? 2/ Does C9ORF72 and PGRN loss of function have consequences on microglial reactivity to TDP-43? Using in vitro models of primary microglial cultures, we show that TDP-43 activates the non-canonical NLRP3 inflammasome microglial pathways. This activation occurs following the interaction of TDP-43 with TLR2/4, and its internalization in microglial cells. C9orf72-/- and GrnR493X/R493X deficient murine microglial cells are hyper-reactive to TDP-43 stimulation. This effect was also observed in an "MDMi" model consisting in microglia-like cells derived from FTD patients’ monocytes. These patients are GRN or C9ORF72 mutation carriers. Finally, we show that this effect may depend on the functions of PGRN and C9ORF72 which appear essential to the dynamics of the inflammasome-autophagy negative feedback loop regulating the activity of the inflammasome. Our data highlight a common pathway of neuroinflammation in FTD and ALS and open new insights into the neurodegenerative processes of these diseases