Comprendre l'étiologie moléculaire et cellulaire de l'atrophie multi-systématisée – étioMSA

L'atrophie multi-systématisée (MSA) est la maladie neurodégénérative humaine la plus agressive parmi toutes les synucléinopathies. Les patients diagnostiqués ont souvent seulement quelques années devant eux.
Dans le cerveau des patients atteints de MSA, la protéine alpha-synucléine (a-syn) s'agrège en fibrilles d'un certain type (polymorphe), et ces fibrilles sont d'abord trouvées dans les noyaux, le cytoplasme et les processus neuronaux, puis à un stade ultérieur dans d'autres cellules cérébrales - les oligodendrocytes - formant ce que l'on appelle des inclusions gliales cytoplasmiques (GCIs).
Ces fibrilles dans les GCIs sont corrélées à des dommages cérébraux massifs et à la mort neuronale.
Le groupe de François Ichas, CNRS à Bordeaux, a identifié et caractérisé un polymorphe de fibrilles d'a-syn généré in vitro, appelé "1B", qui est capable d'induire les mêmes signes de maladie chez des souris non transgéniques : ces souris présentent la même progression neuropathologique dévastatrice, ainsi que les mêmes inclusions nucléaires et ultérieurement, cytoplasmiques dans les doligodendrocytes, que la forme humaine de la MSA. Lorsqu'elles sont inoculées dans des souris exprimant l'a-syn humaine mutée A53T, les fibrilles "1B" montrent une propriété de seeding véritablement prion-like: de simples homogénats cérébraux de souris inoculées avec "1B" peuvent transmettre la même maladie chez d'autres souris.
Dans le cadre d'une collaboration entre le groupe Ichas et le groupe de Henning Stahlberg, EPFL à Lausanne, nous avons déterminé la structure à haute résolution des fibrilles "1B" à 1,93 Å par microscopie électronique cryogénique (cryo-EM), et avons utilisé la microscopie électronique corrélative (CLEM) pour visualiser la formation de fibrilles induites par "1B" in situ dans les cerveaux de souris. Les fibrilles "1B" présentent ainsi une poche C-terminale caractéristique que l'on retrouve également dans les fibrilles d'a-syn purifiées à partir de patients humains atteints de MSA. De plus, les fibrilles "1B" présentent de nombreux autres parallèles avec les fibrilles humaines de la MSA, tels qu'une très faible détectabilité au ThT.
Dans ce projet de 4 ans, les groupes Ichas et Stahlberg s'associeront pour étudier en détail les fibrilles "1B". Nous examinerons quelles propriétés de la séquence génétique de l'a-syn, et du milieu cellulaire, sont nécessaires pour maintenir la létalité, la localisation cellulaire et le comportement de seeding de ces dangereuses fibrilles d'a-syn. Nous extraierons les agrégats seedés par 1B in vitro et in vivo, étudiant la structure et identifiant les protéines de liaison à ces fibrilles. Comme ces souris A53T inoculées avec les fibrilles "1B" semblent être un modèle parfait pour mimer les processus en cours dans le cerveau des patients atteints de MSA, nous utiliserons ce modèle animal pour étudier en détail le mécanisme d'invasion des fibrilles. Nous évaluerons les étapes par lesquelles les fibrilles forment d'abord des inclusions nucléaires neuronales et des inclusions cytoplasmiques, puis provoquent des agrégats d'a-syn dans les GCIs. Nous étudierons comment ces fibrilles provoquent une létalité aussi élevée et des dommages aux structures et mécanismes intracellulaires. Nous chercherons également à identifier des stratégies pour prévenir la propagation des fibrilles à d'autres cellules cérébrales. Enfin, nous travaillerons à identifier des stratégies pour influencer le polymorphe de fibrilles afin de dévier du repliement dangereux de "1B".
Les modèles de souris disponibles associés au polymorphe de fibrilles "1B" de l'alpha-synucléine représentent une opportunité unique pour étudier et comprendre le mécanisme de la maladie MSA, pour identifier des cibles thérapeutiques afin d'influencer la progression de la maladie, et pour développer des stratégies thérapeutiques afin de lutter contre la MSA, l'une des maladies neurodégénératives humaines les plus dévastatrices.