Pantothenate kinase associated neurodegeneration: Case series

Background: Neurodegeneration with brain iron accumulation (NBIA) encompasses a heterogeneous group of hereditary disorders characterized by iron deposition particularly in the basal ganglia. Pantothenate kinase‐associated neurodegeneration (PKAN) is the most common NBIA. PKAN, due to mutation in the PANK 2 gene has two main presentations.Case report: The classic form usually starts in the first decade of life with severe dystonia, dysarthria, parkinsonism, pyramidal, visual signs, and cognitive disturbances with an aggressive course, leading to death by the second decade of life. The atypical form is characterized by a slower progression, and a more benign course. A brain magnetic resonance imaging usually shows the eye of the tiger sign. Here, we report four cases whose age of onset and clinical presentation suggests typical form of PKAN.Conclusion: In sum, the data of our patients corroborated those of the classic form of PKAN. The perspective in this entity is the development of rational therapeutics targeting the primary biochemical anomaly, with compounds that bypass the defective PANK2 enzyme including phantasein, phosphopanthethein and coenzyme A.   French title :Neurodegenerescence associee a un deficit en pantothenate kinase : Serie de cas Introduction : La neurodégénérescence avec accumulation intracérebrale de fer (NBIA) constitue un groupe hétérogène de pathologies héréditaires caractérisées par un dépôt de fer en particulier dans les noyaux gris centraux. La neurodégénérescence associée à un déficit en Pantothenate kinase (PKAN) représente la forme la plus courante de NBIA. Elle est due à une mutation dans le gène PANK 2 et comporte 2 formes cliniques.Cas cliniques : La forme classique débute généralement au cours de la première décade par une dystonie sévère, une dysarthrie, un parkinsonisme, des signes pyramidaux, visuels et des troubles cognitifs d‘évolution sévère entrainant la mort au cours de la deuxième décade. La forme atypique est caractérisée par une progression plus lente et une évolution plus bénigne. Une imagerie par résonance magnétique cérébrale montre généralement le signe des yeux de tigre. Nous rapportons ici quatre cas dont l‘âge d‘apparition et la présentation clinique suggèrent une forme typique de PKAN.Conclusion : En somme, les données de nos patients corroborent celles de la forme classique de PKAN. La perspective de cette entité est le développement de thérapies rationnelles ciblant l'anomalie biochimique primaire, avec des composés qui contournent l'enzyme PANK2 défectueuse, notamment la fantaséine, la phosphopanthéthéine et la coenzyme A

Rôle d’une désorganisation de la chromatine dans la neurodégénérescence due à une expansion de polyglutamine dans l’ataxine-7

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Caractérisation de nouveaux modèles TDP-43/TDP-1 de Caenorhabditis elegans pour la maladie sclérose latérale amyotrophique

La sclérose latérale amyotrophique (SLA) est une maladie neurodégénérative fatale caractérisée par une perte progressive et sélective des neurones moteurs. La SLA est incurable et il n’existe aucun traitement efficace pour les personnes atteintes de cette maladie. Environ 90% des cas sont sporadiques tandis que 10% sont familiaux, et les patients décèdent généralement deux à cinq ans après l'apparition des premiers symptômes. De nombreuses anomalies génétiques sont associées à la SLA, incluant des mutations dans les protéines FUS, C9orf72, SOD-1 et TDP-43. Le laboratoire a développé un modèle transgénique de Caenorhabditis elegans surexprimant la protéine humaine mutante TDP-43(Q331K) dans les neurones moteurs GABAergiques. Nous avons également obtenu par mutagénèse et CRISPR-Cas9 des modèles physiologiquement représentatifs du nématode basés sur des mutations dans tdp-1, l'orthologue de TARDBP chez le C. elegans. L'objectif est de caractériser ces modèles et de déterminer s'ils peuvent récapituler certains aspects phénotypiques clés de la SLA, tels que des déficits moteurs et une neurodégénérescence dépendante de l'âge générant une paralysie. L’hypothèse est que le modèle TDP-1 pourra refléter plus précisément l’expression physiologique du gène dans la maladie humaine grâce à la mutation dans un gène endogène, l’absence de surexpression et l’expression ubiquitaire de la protéine TDP-1. Les résultats montrent que les modèles TDP-43/TDP-1 ont des déficits moteurs, une transmission synaptique altérée et une neurodégénérescence liée à l’âge. Cependant, seule la mutation dans TDP-43 semble avoir un effet sur la durée de vie. Ces modèles procurent différentes expressions physiologiques des protéines mutantes et donc, des phénotypes de niveaux d'intensité variables. Ils constitueront des outils utiles pour élucider de nouveaux mécanismes pathogéniques de la SLA ainsi que de bons candidats pour le criblage de médicaments et le développement de stratégies thérapeutiques.Amyotrophic lateral sclerosis (ALS) is a fatal neurodegenerative disease characterized by a progressive and selective loss of motor neurons. ALS is incurable and there are no effective treatments available for people living with the disease. About 90% of the cases are sporadic whereas 10% are familial, and patients usually die two to five years after symptom onset. Many gene defects are associated with ALS, including mutations in genes encoding FUS, C9orf72, SOD-1 and TDP-43 proteins. We have developed a transgenic Caenorhabditis elegans model expressing human mutant TDP-43(Q331K) in GABAergic motor neurons. We have also obtained by mutagenesis and CRISPR-Cas9 physiologically accurate models based on mutations in tdp-1, the C. elegans ortholog of TARDBP. Our objective is to characterize these models and determine if they can recapitulate key aspects of the disease such as motor deficits and age-dependent neurodegeneration causing paralysis. We believe that the TDP-1 model will reflect more precisely the physiological expression of the gene in the human disease because of its mutation in an endogenous gene, the absence of overexpression and ubiquitous protein expression. Our results show that both TDP-43 and TDP-1 models have motor deficits, synaptic transmission impairments and age-dependent neurodegeneration. However, only the TDP-43 mutation seems to have an effect on lifespan. These models provide different physiological expression of mutant proteins and thus phenotypes of varying intensity levels. They will be useful tools to elucidate new pathogenic mechanisms of ALS as well as being good candidates for drug screening and developing therapeutic strategies

Caractérisation de modèles Alzheimer de C. elegans transgéniques, exprimant la protéine Tau humaine dans leurs motoneurones GABAergiques

La maladie d’Alzheimer est une maladie neurodégénérative déterminée par deux caractéristiques : les plaques extracellulaires composées d’amyloïde-β et l’accumulation intracellulaire de tau hyperphosphorylée, appelée enchevêtrements neurofibrillaires. Malgré le nombre important d’études, la nature de la toxicité des espèces tau hyperphosphorylée et hypophosphorylée reste mal connue. Notre projet de recherche vise à caractériser quel état de phosphorylation de la tau contribue le plus à la toxicité neuronale ainsi que d’identifier les mécanismes sous-jacents. Pour répondre à ces objectifs, nous avons généré des modèles transgéniques de C. elegans exprimant soit une tau hyperphosphorylée humaine (12 glutamates pour mimer l’hyperphosphorylation de la tau trouvée chez des patients Alzheimer), une tau sauvage, ou une tau hypophosphorylée (12 alanines pour mimer l’hypophosphorylation), dans les motoneurones GABAergiques. Ensuite, pour caractériser nos modèles, nous avons mesuré leur comportement principalement avec des tests de locomotion en utilisant le logiciel WormLab. Nos résultats ont montré que la tau phosphorylée est l’espèce la plus toxique car la souche hyperP a montré une perturbation du système locomoteur se traduisant par une neurodégénérescence ainsi que des problèmes développementaux (longueur des vers). Puis nous avons testé certains médicaments utilisés dans des modèles de tauopathies, afin d’identifier des voies biologiques impliquées dans la toxicité de la tau hyperphosphorylée. Pour conclure, nos modèles vont être des outils utiles pour identifier des modificateurs génétiques et pharmacologiques dans la toxicité de la tau.Alzheimer’s disease (AD) is a neurodegenerative disorder characterized by two hallmarks: extracellular plaques composed of amyloid-β (Aβ) deposits and intraneuronal accumulation of hyper and abnormal phosphorylated tau, also called neurofibrillary tangles (NFT). Despite many decades of research, the nature hypophosphorylated or hyperphosphorylated Tau toxicity remains ill understood. Our research project aims to characterize which state of Tau phosphorylation contributes to neuronal toxicity and identify the underlying mechanisms. To assess these objectives, we generated transgenic C. elegans models expressing either a human hyperphosphorylated tau (incorporation of 12 glutamate residues to mimic Tau hyperphosphorylation found in AD’s patients) human wild type Tau, or a human hypophosphorylated tau (incorporation of 12 alanine residues to mimic Tau hypophosphorylation) in the GABAergic motoneurons. Then, to characterize our models, we measured their behavior mainly with locomotion’s test using WormLab software. Our results showed that hyperphosphorylation of tau is the most toxic species for our models because hyperP strain showed an impair in the locomotor system translating into neurodegeneration, as well as developmental problems such as worm length. Then we tested some drugs used in taupathies C. elegans models to see if we could identify some biological pathways implicated in the toxicity. To conclude, our models may be a useful tool to identify genetic and pharmacological modifiers of tau toxicity

Implication de NF-κB et BMI1 dans la production de cytokines pro-inflammatoires dans un modèle de neurodégénérescence

Les maladies neurodégénératives regroupent un ensemble de neuropathologies qui se caractérisent par le dysfonctionnement progressif des neurones et leur perte irréversible au niveau du système nerveux central. Parmi ces maladies figure la maladie d’Alzheimer (MA) qui est une des conditions neurodégénératives la plus fréquente. Bien qu’aucune étiologie n’ait encore été identifiée, le vieillissement est par conséquent le principal facteur de risque de la MA. Grâce aux recherches réalisées sur le vieillissement, des caractéristiques de changements cellulaires et biochimiques, comme la sénescence cellulaire et l’inflammaging, ont été associées à ce phénomène. La sénescence cellulaire qui se définit par un état d’arrêt du cycle cellulaire pourrait aggraver une maladie neurodégénérative, entre autres par le biais de phénotypes sécrétoires associés à la sénescence. L’implication du proto-oncogène BMI1 dans la régulation du cycle cellulaire et la sénescence a été démontrée à travers son inhibition du locus INK4/ARF. De plus, une déficience en BMI1 a été rapportée dans des neurones de certains patients avec la MA, et elle est également associée à une neurodégénérescence précoce. Le complexe NF-κB participe à l’expression d’un large éventail de gènes de cytokines pro-inflammatoires impliquées dans les processus de l’inflammaging et de la sénescence cellulaire. Cependant, l’implication conjointe de BMI1 et de NF-κB dans les processus de neurodégénérescence demeure peu connue. Compte tenu de ce contexte, dans le cadre de ce projet de maitrise, nous avons voulu explorer l’implication conjointe des molécules BMI1 et de la voie canonique du facteur NF-κB dans la production de cytokines pro-inflammatoires en utilisant des modèles in vivo et in vitro reproduisant un phénotype de neurodégénérescence similaire à la maladie d’Alzheimer. Nos résultats indiquent qu’une déficience en BMI1 est corrélée à une inactivation du facteur NF-κB aussi bien dans des neurones in vitro qu’in vivo ainsi qu’a une baisse de l’expression des cytokines IL6 et IL8. Bien que nous présentions des résultats générés à partir d’expériences non dupliquées, ils convergent tout de même vers des conclusions similaires à celles obtenues au niveau de pathologies cancéreuses. Ainsi notre projet apporte une information additionnelle qui pourrait servir à la compréhension des mécanismes sous-jacents au phénomène de l’inflammaging dans la neurodégénérescence.Neurodegenerative diseases are a group of neuropathologies characterized by the progressive dysfunction of neurons and their death in the central nervous system. Among these diseases, Alzheimer's disease (AD) is the most common one. Although no aetiology has yet been identified, aging is therefore the main risk factor for AD. Thanks to several research work on aging, cellular characteristics and biochemical changes, such as senescence and inflammaging, have been associated with this phenomenon. Senescence, which is defined as a state of cell cycle arrest, could worsen neurodegenerative diseases throughout senescence associated secretory phenotypes. The involvement of the proto-oncogene BMI1 in cell cycle regulation and senescence has been demonstrated through its inhibition of the INK4/ARF locus. Additionally, BMI1 deficiency has been reported in neurons of AD patients, and it is also associated with early neurodegeneration. The NF-κB complex participates in the expression of a wide range of pro-inflammatory cytokine involved in the processes of inflammaging and cellular senescence. However, little is known about the joint involvement of BMI1 and NF-κB molecules in neurodegeneration processes. Given this context, within the framework of this master's project, we wanted to explore the combined implication of BMI1 and the canonical pathway of the NF-κB factor in the production of pro-inflammatory cytokines using in vivo and in vitro models reproducing a neurodegenerative phenotype similar to Alzheimer's disease. Our results indicate that a deficiency in BMI1 is correlated to an inactivation of the NF-κB expression both in vitro and in vivo neurones, as well as with a decrease in the expression of cytokines IL6 and IL8. Although we present results generated from unduplicated experiments, they nonetheless converge towards similar conclusions obtained in studies carried out on cancerous pathologies. Thus, our project provides additional information that could help to understand the mechanisms underlying the inflammaging phenomena in neurodegeneration

Développement et caractérisation de modèles C. elegans pour la maladie de Machado-Joseph

Les maladies à expansion de polyglutamine sont un ensemble de troubles neurodégénératives héréditaires se développant lorsqu’il y a répétitions de trinucléotides CAG dans les gènes causatifs au-delà d’un certain seuil. L’expansion des répétitions de trinucléotides CAG entraîne des désordres neurologiques héréditaires précoces, dont de multiples formes d’ataxie spinocérébelleuse (SCA). Parmi celles-ci, le type le plus commun et dominant est l’ataxie spinocérébelleuse de type 3 (SCA3), aussi connue sous le nom de la maladie de Machado-Joseph (MMJ). Ce dernier est un désordre neurologique progressif autosomique dominant. Le gène causatif de MMJ est ATXN3 (ATAXINE-3). Plusieurs études récentes suggèrent une association entre ce gène et la modulation du stress du réticulum endoplasmique (RE). Lors de ce travail de maîtrise, des souches transgéniques de C. elegans exprimant les formes sauvage et mutante du gène ATXN3 humain ont été générées. Les résultats suggèrent des phénotypes importants chez la souche transgénique mutante associés à la pathologie humaine: défaut de motilité, longévité réduite et profil neurodégénératif considérable. Ceci dit, ces résultats nous ont poussé à vouloir déterminer si l’utilisation des composés chimiques, connus en tant que modulateurs du stress du RE et possédant des rôles neuroprotecteurs, sont capables de restaurer les phénotypes notés. Les composés utilisés, c’est-à-dire le Bleu de Méthylène, le Salubrinal et le Guanabenz, ont démontré une capacité de corriger les phénotypes rapportés dans la souche transgénique mutante. De plus, ces composés ont aussi été en mesure de prévenir une augmentation du niveau du stress oxydatif et de la réponse au stress du RE exhibé chez les vers mutants. Par le développement de nouveaux modèles C. elegans pour la MMJ, où il y a expression du gène ATXN3 complet dans les motoneurones, il a été possible de trouver qu’une modulation chimique du stress du RE peut réduire considérablement la neurodégénérescence et par conséquent, être une possible nouvelle approche thérapeutique pour traiter cette pathologie.Polyglutamine expansion diseases are a class of dominantly inherited neurodegenerative disorders that develop when a CAG repeat in the causative genes is unstably expanded above a certain threshold. The expansion of trinucleotide CAG repeats causes hereditary adult-onset neurodegenerative disorders such as multiple forms of spinocerebellar ataxia (SCA). The most common dominantly inherited spinocerebellar ataxia is the type 3 (SCA3) also known as Machado-Joseph disease (MJD), an autosomal dominant, progressive neurological disorder. The gene causing MJD is ATXN3 (ATAXIN-3): MJD is caused by an abnormal CAG trinucleotide repeat expansion in the ATXN3 gene. Several recent studies have shown that this gene is associated with endoplasmic reticulum (ER) stress. In this study, we generated transgenic C. elegans strains expressing wild type or mutant human ATXN3 genes and tested them for recovery of locomotor phenotype, lifespan and neurodegeneration phenotypes upon treatment with compounds known to modulate ER stress and having neuroprotective roles. We observed differences between both transgenic lines and found that the motility defects, the reduced lifespan and the neurodegeneration can be rescued by methylene blue, guanabenz and salubrinal. These compounds were also able to prevent the oxidative stress and the ER stress response induced by mutant transgenic worms. We introduce novel C. elegans models for MJD based on the expression of full-length ATXN3 in GABAergic motor neurons. Using these models we discovered that chemical modulation of the ER unfolded protein response reduced neurodegeneration and could be a new therapeutic approach for the treatment of MJD

Evaluation d'un déficit d'action des IGF-I chez des animaux atteints de tremblante

L'étude des dysendocrinies associées aux maladies neurodégénératives, pourrait contribuer à une meilleure compréhension des mécanismes physiopathologiques de ces affections. Dans la tremblante, pathologie neurodégénérative liée au prion, une augmentation de GH est observée. L'objectif de cette étude est d'explorer deux mécanismes possibles sous-jacents à l'augmentation de GH : un déficit d action de l'IGF-I et/ou une augmentation de réponse à la GHRH. Nos résultats suggèrent qu'aucun de ces deux mécanismes n'est impliqué. Au contraire, on observe un effet potentialisé de l'IGF-I chez les animaux tremblants en période clinique, suggérant le développement de mécanismes compensateurs du processus pathologique. Ainsi, l'origine de l'augmentation de GH chez les animaux tremblants, reste encore à déterminer

De la neurodégénérescence motrice comme limitation interne du « pouvoir-faire »

La constitution transcendantale est une donation de sens fondée sur le « pouvoir-faire » kinesthésique du corps propre du sujet et qui va des choses perçues aux formations intersubjectives de la Lebenswelt. Mais, qu’advient-il du sujet constituant, lorsque la progressive limitation de son pouvoir-faire tend à réduire l’individu atteint de la maladie de Parkinson à la condition de spectateur passif dans un monde qui n’est plus le domaine de son intervention ? En une régression contre-transcendantale suivant la cascade sans fin des mécanismes fonctionnels sous-jacents et leurs dysfonctionnements, on sonde les abîmes de contingence du fondement transcendantal.Transcendental constitution, a sense-giving process contingent upon the kinaesthetic “I can do” of the ego’s lived-in body, rises stepwise from the things of perception up to intersubjective formations of Lebenswelt. But, what happens to the constituting subject, when a progressive limitation of his can-do tends to reduce the individual suffering from Parkinson’s disease to the condition of passive observer in a world that no longer features as his domain of intervention? Following the endless cascade of underlying functional systems and their dysfunctions in a countertranscendantal regression, we probe the depths of contingency lurking beneath the transcendantal fundament

Effet neuroprotecteur de Lacticaseibacillus rhamnosus HA-114 chez divers modèles de la maladie d’Alzheimer

La maladie d’Alzheimer (MA) se présente souvent comme un déclin progressif des fonctions cognitives et comportementales. Au niveau biologique, on observe une accumulation de la protéine bêta-amyloïde (Aß) et de la protéine tau, une altération de la fonction synaptique ainsi qu’une mort neuronale. Des travaux récents ont démontré qu’une souche spécifique de probiotiques, Lacticaseibacillus rhamnosus HA-114 (HA-114), avait des propriétés neuroprotectrices dans plusieurs modèles de maladies neurodégénératives. Le projet de recherche présent visait à caractériser les aspects neurophysiologiques d’une souche de nématodes transgéniques exprimant l’Aß et valider la neuroprotection de HA-114 dans ce modèle ainsi que dans un modèle murin de la MA (APP/PS1). Les résultats présentés dans ce manuscrit montrent que les vers transgéniques exprimant le fragment 1-42 de l’Aß récapitulent des caractéristiques clés de la MA, soit une altération de la santé neuronale et de la mémoire liée à l’âge. Il s’agit donc d’un nouvel outil pour l’investigation de la physiopathologie de la MA et pour l’essai de molécules ayant un potentiel thérapeutique. Les données expérimentales montrent aussi que l’administration de HA-114 permet d’atténuer les phénotypes de neurodégénérescence et de paralysie liée à l’âge. Cela témoigne d’un potentiel en vue de l’amélioration de la qualité de vie des patients qui souffrent de la MA. L’étude des effets de HA-114 dans un modèle murin pourrait révéler de nouvelles avenues d’investigations pour la physiopathologie de la MA et les mécanismes par lesquels on pourrait un jour la traiter.Alzheimer’s disease (AD) often presents itself as a progressive decline of behavioral and cognitive functions such as memory impairment. On a biological level, this disease presents extracellular accumulation of amyloid-beta (Aß), intracellular accumulation of tau, alteration of synaptic function and neuronal loss. Recent data showed that a supplementation with a specific probiotic strain of bacteria, Lacticaseibacillus rhamnosus HA-114 (HA-114), had a neuroprotective effect in several neurodegenerative disease models. This project aimed to characterize the neurophysiological aspects of a specific nematode strain expressing the Aß1-42 fragment and to validate the neuroprotective effect of HA-114 in this nematode strain as well as in the APP/PS1 murin model of AD. Following biochemical and behavioral experiments, data showed that this strain recapitulates key traits of AD: an age-dependent alteration of neuronal health and memory impairment. It was also observed that administrating HA-114 probiotic strain could attenuate age-related phenotypes of neurodegeneration and paralysis. This transgenic strain is therefore a new tool for drug screening and investigating AD’s pathogenesis. The neuroprotective effect of HA-114 observed in this strain shows potential towards an amelioration of the patient’s quality of life. Studying the effects of HA-114 in a murin model could reveal new investigation opportunities for AD’s pathogenesis and mechanisms that could one day cure this disease