Dé-repression des L1 retrotransposons - un lien manquants entre la neurodégénérescence et le vieillissement? – NEURAGE

Dans ce projet financé par l'ANR, nous étudions l’expression et l’activité des LINE-1 ainsi que les conséquences d'une augmentation de cette activité dans le cerveau humain et de souris ainsi que dans des neurones adultes en culture. Nous avons utilisé une combinaison de technique de pointe comme l'imagerie du cerveau entier de souris et l'analyse de ces images par l'apprentissage profonde, la culture cellulaire de neurones adultes humains, la spectrométrie de masse et le séquençage de nouvelle génération.

Nous avons découvert que la protéine ORF1p, produite par les séquences LINE-1 et indicateur de leur activité, est présente dans 20% des cellules cérébrales des souris, principalement dans les neurones. Cette protéine augmente avec l’âge dans plusieurs régions. Dans le cerveau humain, ORF1p est trouvé dans plusieurs régions, dans près de 40% des neurones, et le niveau des LINE-1 augmente chez les personnes âgées dans les neurones dopaminergiques, qui sont vulnérables dans la maladie de Parkinson (MP). Pour mieux comprendre les effets de l'augmentation des LINE-1, nous avons utilisé des cellules dopaminergiques humaines en culture. Nous avons montré que l’augmentation d’ORF1p, due au stress oxydatif ou à la surexpression directe, cause des dysfonctionnements cellulaires affectant la stabilité génomique et le fonctionnement de la membrane nucléaire, qui sont observés dans la MP également. En analysant des données génétiques, nous avons trouvé que certains éléments transposables sont dérégulés dans des maladies neurodégénératives distincts. Nous avons également observé une augmentation de l’expression des LINE-1 dans certains cas, bien que cette expression varie considérablement entre les individus.

Les résultats suggèrent que les LINE-1 pourraient jouer un rôle dans les processus de neurodégénérescence, notamment dans la maladie de Parkinson. Toutefois, des recherches supplémentaires sont nécessaires pour mieux comprendre leur impact précis, ce qui pourrait éventuellement mener à de nouvelles stratégies thérapeutiques pour traiter la maladie de Parkinson et d’autres maladies neurodégénératives.

La pathogenèse des maladies neurodégénératives liées à l'âge, malgré une augmentation considérable de nos connaissances, reste peu comprise et ces maladies fréquentes manquent cruellement de traitements efficaces. Pour pallier à cela, nous voulons étudier un nouvel axe, jusqu'alors méconnu, de la pathogenèse des maladies neurodégénératives liées à l'âge et tester de nouvelles stratégies thérapeutiques ciblant cette voie. Sur la base de données solides provenant de différents laboratoires et du nôtre, nous émettons l'hypothèse que la désorganisation globale de la chromatine induite par le vieillissement entraîne la dérépression des éléments transposables (ETs) dans les neurones. L'activation incontrôlée des ETs, en particulier des rétrotransposons LINE-1 (L1), peut induire une instabilité génomique ainsi que potentiellement une neuroinflammation et une dérégulation de l'expression des gènes, favorisant ainsi la neurodégénérescence. Nous avons récemment montré chez la souris que la déstructuration de l'hétérochromatine induite par le stress oxydatif et que la dérépression des L1 initient une instabilité génomique et la neurodégénérescence. L'activation des L1, les seules ETs actifs de façon autonome chez l'homme, pourrait donc jouer un rôle primordial dans les maladies neurodégénératives. Les L1 intacts codent pour deux protéines, ORF1p, une protéine de liaison à l'ARN, et ORF2p, une endonucléase et une transcriptase inverse. Celles-ci sont essentielles pour le clivage de l'ADN et la réintégration d'une nouvelle copie dans le génome (rétrotransposition). S'il est plausible de supposer que cet axe pourrait être un mécanisme général commun à tous les troubles neurodégénératifs lié à l'âge, nous nous focalisons ici sur la neurodégénérescence dopaminergique associée à la maladie de Parkinson (MP). Nous utilisons des neurones et des tissus dopaminergiques humains post-mortem, des neurones dopaminergiques humains en culture et des modèles de la MP proches de l'homme (avec partenaire #1). Nous pensons que la mise en commun des expériences et des ressources méthodologiques de deux neuroscientifiques (coordinateur et partenaire n°1) et d'un chimiste biologiste (partenaire n°2) permettra de disposer d'une force de travail interdisciplinaire unique pour répondre aux questions posées, notamment la présence de dysfonctionnements nucléaires liés au vieillissement et de la dé-répression des L1 dans la MP ainsi que la possibilité d'inverser les dysfonctionnements nucléaires grâce aux petites molécules développées par le partenaire n°2. Ces petites molécules annulent les phénotypes nucléaires associés au vieillissement et sont donc des candidats idéals pour être évalués, caractérisés et développés dans ce contexte. Pour répondre à ces questions, nous avons formulé trois objectifs : (1) l'identification des dysfonctionnements nucléaires, y compris la dé-répression de la L1 dans la MP chez l’homme et dans les modèles de la MP, (2) l'établissement d'un modèle dopaminergique humain de vieillissement prématuré in vitro afin d'étudier les mécanismes moléculaires à l'origine du processus pathogénique, initié par la déstructuration de la chromatine liée à l'âge et par la dé-répression des L1 et (3) l'évaluation de l'effet des petites molécules "anti-âge" dans le modèle développé en (2) sur l'organisation de la chromatine, les dommages à l'ADN et la régulation de la L1. Cette proposition devrait fournir un terrain fertile à la compréhension de la pathogénie de la MP et son lien avec le vieillissement ainsi qu'au développement de nouvelles thérapies.