Influence de l'inactivation du gène Parkin dans les cellules microgliales sur la neuro-inflammation et la vulnérabilité des neurones dopaminergiques : implications pour la maladie de Parkinson

Abstract

Décrite pour la première fois en 1817, par le médecin James Parkinson, elle reste un défi pour la recherche médicale. La maladie de Parkinson, une pathologie neurodégénérative complexe est multifactorielle causant des symptômes moteurs tels que les tremblements au repos, la rigidité et l’instabilité posturale. S’ajoutent à cela l’existence des symptômes non-moteurs englobant les troubles d’humeur, des épisodes de dépression, d'anxiété et de dysfonctionnements cognitifs. L'altération du système gastro-intestinal, des troubles olfactifs et du sommeil ont été également diagnostiqués rendant ainsi le quotidien du patient lourd. Les thérapies actuelles sont non curatives mais tendent à améliorer la qualité de vie du patient. Il est probable que plusieurs mécanismes interagissent pour provoquer la dysfonction et la perte des neurones dopaminergiques (neurones DA) de la substance noire (SN) et d'autres neurones vulnérables dans la maladie de Parkinson. De plus en plus de preuves soutiennent l'hypothèse selon laquelle l'activation du système immunitaire contribue à la pathogenèse de la maladie de Parkinson. Dans le cerveau, les microglies sont les principaux acteurs locaux des réponses immunitaires. Ces cellules sondent constamment leur microenvironnement local et interagissent avec les neurones par le biais de facteurs sécrétés. Dans les tissus post-mortem de la maladie de Parkinson et dans les modèles animaux de cette maladie, des preuves d'activation des microglies ont été rapportées. En raison des preuves croissantes suggérant l'implication de l’ubiquitine E3 ligase, Parkin, dans l'immunité innée et acquise, nous avons émis l'hypothèse que la perte de fonction de ce produit génique pourrait entraîner une activation accrue des microglies à la suite d’infections, avec des effets néfastes subséquents sur les neurones DA. En étudiant les microglies primaires issues de souris néonatales dépourvues de Parkin, nous avons observé que, comme prévu, ces cellules modifient radicalement leur morphologie après exposition à l'endotoxine bactérienne LPS, passant d'une forme polarisée à une forme amiboïde, et présentent une expression accrue de gènes pro-inflammatoires tels que le complexe majeur d'histocompatibilité de classe I (CMH-I), le complexe majeur d'histocompatibilité de classe II (CMH-II), l’oxyde nitrique synthase inductible (iNOS) et la cyclo-oxygénase 2 (COX-2) indépendamment de Parkin. Conformément à notre hypothèse de recherche, nous avons observé que les microglies dépourvues de Parkin (Parkin-/-) montrent une sécrétion accrue d'IL-6 et d'autres cytokines et chimiokines en réponse au LPS. Elles présentent également une survie et prolifération accrue par rapport aux cellules WT. La coculture à court terme de microglies juvéniles Parkin-/- activées avec des neurones DA de la SN n'a pas induit de perte de ces neurones. Contrairement à nos attentes, les cellules microgliales juvéniles protègent les neurones DA de la toxicité induite par la neurotoxine MPP+. Ces conclusions concernant l’absence d’effets délétères des microglies activées sur les neurones DA et la mise en évidence de leurs capacités à protéger les neurones DA nous ont conduits à réfléchir sur le rôle de ces microglies juvéniles. Les résultats de ce projet de thèse soutiennent l'hypothèse d'une réponse immunitaire innée altérée dans le cerveau en cas de perte de fonction de Parkin dans la maladie de Parkinson. First described in 1817 by the physician James Parkinson, the disease remains not well understood. Parkinson's disease (PD) is a complex and multifactorial neurodegenerative disorder causing motor symptoms such as resting tremor, rigidity, and postural instability. In addition, non-motor symptoms, including mood disturbances, depression, anxiety, and cognitive dysfunctions, are commonly observed. Gastrointestinal dysfunction, olfactory disturbances, and sleep disorders have also been diagnosed, further complicating the patient’s daily life. Current therapies are not curative but aim to improve the patient's quality of life. It is likely that multiple mechanisms interact to cause dysfunction and the loss of dopaminergic neurons in the substantia nigra (SN) and other vulnerable neurons in Parkinson’s disease. Increasing evidence supports the hypothesis that immune system activation contributes to PD pathogenesis. In the brain, microglia are the main local players in immune responses. These cells constantly probe their local microenvironment and interact with neurons through secreted factors. In post-mortem Parkinson's disease tissue and in animal models, microglial activation has been reported. Due to growing evidence suggesting the involvement of the E3 ubiquitin ligase, Parkin, in both innate and adaptive immunity, we hypothesized that the loss of function of this gene product could lead to increased microglial activation following infections, with subsequent detrimental effects on dopaminergic neurons. By studying primary microglia from neonatal Parkin knockout mice, we observed that, as expected, these cells radically change their morphology after exposure to the bacterial endotoxin lipopolysaccharide (LPS), switching from a polarized to an amoeboid shape, and show increased expression of pro-inflammatory genes such as MHC-I, MHC-II, iNOS, and COX-2, independently of Parkin. According to our hypothesis, we found that Parkin-/- microglia secrete increased amounts of IL-6 and other cytokines and chemokines in response to LPS. They also show increased survival and proliferation compared to WT cells. Short-term co-culture of activated juvenile Parkin-/- microglia with dopaminergic neurons from the SN did not induce loss of these neurons. Contrary to our expectations, juvenile microglial cells protected dopaminergic neurons from toxicity induced by the neurotoxin MPP+. These findings of the absence of detrimental effects from activated microglia on dopaminergic neurons and their ability to protect these neurons led us to reconsider the role of juvenile microglia. The results of this project support the hypothesis of an increased innate immune response in the brain in the case of Parkin loss-of-function in Parkinson's disease.