Soutenance de thèse de Laurie ARNAUD

Ecole Doctorale
Sciences de la Vie et de la Santé
Spécialité
Biologie-Santé - Spécialité Neurosciences
établissement
Aix-Marseille Université
Mots Clés
APOE4,Astrocytes,Maladie d'Alzheimer,Neuroinflammation,Cellules souches pluripotentes humaines (hiSPCs),
Keywords
APOE4,Astrocytes,Alzheimer's disease,Neuroinflammation,Induced pluripotent stem cells (hiSPCs),
Titre de thèse
Etude des perturbations astrocytaires sous l’influence de l’Apolipoprotéine E4 : implications et applications dans la maladie d’Alzheimer
Study of astrocytic perturbations under the influence of Apolipoprotein E4: implications and applications in Alzheimer's disease
Date
Mercredi 29 Septembre 2021 à 14:00
Adresse
Faculté des Sciences Médicales et Paramédicales secteur Timone (Aix-Marseille Université) 27 Boulevard Jean Moulin, 13385 Marseille
salle 2
Jury
Directeur de these M. Santiago RIVERA Institut de Neurophysiopathologie UMR 7051
Examinateur M. Emmanuel NIVET Institut de Neurophysiopathologie UMR 7051
Rapporteur Mme Carole ESCARTIN Laboratoire des maladies Neurodégénératives CNRS UMR 9199 – CEA - Université Paris-Saclay MIRCen
Rapporteur Mme Marie-Claude POTIER Institut du Cerveau et de la Moelle épinière (ICM)
Examinateur M. David BLUM Institut
Examinateur Mme Carole CROZET Insitut de médecine régénérative et biothérapie (IRMB)
Examinateur M. Philippe AMOUYEL Institut Pasteur de Lille (U1167)

Résumé de la thèse

L'apolipoprotéine E (APOE) humaine est une protéine polymorphique présentant trois isoformes majeures chez l’humain : APOE2, APOE3 et APOE4. L’allèle codant pour l’APOE4 est le principal facteur de risque génétique pour les formes sporadiques de la maladie d’Alzheimer (MA), suggérant que cette isoforme modifie des fonctions cellulaires clés qui sont en lien avec des évènements essentiels dans la pathologie. En conséquence, mon projet de doctorat s’est intéressé à l’étude des changements cellulaires et/ou moléculaires influencés par le polymorphisme d’APOE et notamment ceux affectés par APOE4. Mon objectif principal de thèse a été d’apporter de nouveaux éléments permettant une meilleure compréhension de certains mécanismes sous-jacents à APOE4, lesquels pourraient être impliqués dans une forme de prédisposition à la MA. Les astrocytes sont la principale source d'APOE dans le cerveau et ce type cellulaire reste encore sous-étudié dans la MA au regard d’autres types cellulaires. C’est donc dans ce contexte que mes travaux de thèse se sont concentrés sur l’étude d’APOE4 dans la cellule astrocytaire. Au cours de ma thèse, j’ai principalement cherché à étudier l’impact d’APOE4 sur les réponses inflammatoires d’origine astrocytaire. Pour aborder cette question, je me suis appuyée sur des stratégies de modélisations cellulaires basées sur les cellules souches humaines induites à la pluripotence (hiPSC). En combinant les modèles hiPSC de patients avec des approches d’édition génique j’ai ainsi pu étudier l’impact de l’APOE et de son polymorphisme (APOE4, principalement) sur des astrocytes humains. En m’appuyant sur les outils que j’ai développé tout au long de ma thèse, mes travaux ont permis de révéler et décrire un nouvel axe neuroimmunomodulateur impliquant APOE et la voie NF-kB dans les astrocytes. Mes données m’ont permis de dévoiler une nouvelle cible moléculaire candidate, la protéine Transgeline 3 (TAGLN3), qui agit en aval de l’APOE pour intervenir dans le contrôle l’inflammation astrocytaire. De manière importante, mes données ont révélé que des diminutions de l’expression de la TAGLN3 astrocytaire, en partie sous l’effet d’APOE4, induit des perturbations inflammatoires au sein de cette cellule gliale. Mes observations originales sur TAGLN3 dans des modèles cellulaires ont par ailleurs été confirmées sur des tissus humains. Par ailleurs, en m’appuyant sur ces mêmes modèles cellulaires, j’ai également cherché à identifier de possible(s) anomalie(s) du métabolisme de l’APP (pour amyloid precursor protein) astrocytaire. Mes travaux sur le sujet m’ont déjà permis de mettre en évidence des changements et notamment l’accumulation d’un métabolite d’APP dans l’astrocyte sous l’effet d’APOE4. Dans leur ensemble, les résultats de mes travaux mettent en lumière l’impact d’APOE4 sur la cellule astrocytaire. Ainsi, des modifications moléculaires et/ou fonctionnelles affectant l’astrocyte pourraient avoir un rôle majeur dans la susceptibilité à la MA. De plus, mes découvertes ouvrent la voie à des stratégies nouvelles qui, en ciblant l’astrocyte, permettraient de contrôler certains évènements cellulaires/ moléculaires prédisposant à la MA, notamment ceux en lien avec des troubles de la neuroinflammation associés à APOE4. A ce titre, en ayant identifié TAGLN3 comme une nouvelle cible immunorégulatrice perturbée par APOE4, mes travaux ouvrent à de nouvelles perspectives de développements intervenant sur ces mécanismes. A terme, mes travaux pourraient être fondateurs et initier de nouveaux développements pour la mise en place de thérapies ciblant la cellule astrocytaire et certains des mécanismes que j’ai pu révéler au travers de mes travaux.

Thesis resume

Human apolipoprotein E (APOE) is a polymorphic protein with three major isoforms in humans: APOE2, APOE3 and APOE4. The allele encoding APOE4 is the main genetic risk factor for sporadic Alzheimer's disease (AD), suggesting that this isoform modifies key cellular functions that are related to essential events in the disease. Consequently, my thesis project focused on the study of cellular and/or molecular changes influenced by the APOE polymorphism and in particular those affected by APOE4. My main objective was to provide new elements for a better understanding of some mechanisms underlying APOE4, which could be involved in a form of AD predisposition. Astrocytes are the main source of APOE in the brain and this cell type remains understudied in AD compared to other cell types. In this context, my thesis work focused on the study of APOE4 in the astrocytic cell. During my thesis, I mainly aimed at studying the impact of APOE4 on astrocytic inflammatory responses. To address this question, I took advantage of cell modeling strategies based on human induced pluripotent stem cells (hiPSC). By combining patient hiPSC models with gene editing approaches, I was able to study the impact of APOE and its polymorphism (APOE4, mainly) on human astrocytes. Base on the tools that I developed during my thesis, my work allowed to reveal and describe a new neuroimmunomodulatory axis involving APOE and the NF-kB pathway in astrocytes. My data unveiled a new molecular target candidate, the Transgelin 3 (TAGLN3) protein, which acts downstream of APOE to control astrocytic inflammation. Importantly, my data revealed that decreased TAGLN3 expression in astrocyte, in part driven by APOE4, induce inflammatory perturbations in this glial cell. My original observations on TAGLN3 in cell models were confirmed in human brain tissues. Moreover, based on these same cellular models, I also tried to identify possible abnormalities in the metabolism of astrocytic APP (for amyloid precursor protein). My work on this subject allowed me to highlight changes and in particular the accumulation of an APP metabolite in the astrocyte under the effect of APOE4. Overall, the results of my work highlight the impact of APOE4 on the astrocytic cell. Thus, molecular and/or functional modifications affecting the astrocyte could have a major role in AD susceptibility. Moreover, my findings open the way to new strategies that, by targeting the astrocyte, would allow to control certain cellular/molecular events predisposing to AD, notably those related to APOE4-associated neuroinflammation disorders. In this respect, my work opens new perspectives of developments on the immunoregulator mechanism of TAGLN3 disturbed by APOE4. In the long run, my work could be foundational and initiate new developments for the implementation of therapies targeting the astrocytic cell and some of the mechanisms that I was able to reveal through my work.