Huntingtin-mediated axonal transport requires arginine methylation by PRMT6

The huntingtin (HTT) protein transports various organelles, including vesicles containing neurotrophic factors, from embryonic development throughout life. To better understand how HTT mediates axonal transport and why this function is disrupted in Huntington's disease (HD), we study vesicle-associated HTT and find that it is dimethylated at a highly conserved arginine residue (R118) by the protein arginine methyltransferase 6 (PRMT6). Without R118 methylation, HTT associates less with vesicles, anterograde trafficking is diminished, and neuronal death ensues—very similar to what occurs in HD. Inhibiting PRMT6 in HD cells and neurons exacerbates mutant HTT (mHTT) toxicity and impairs axonal trafficking, whereas overexpressing PRMT6 restores axonal transport and neuronal viability, except in the presence of a methylation-defective variant of mHTT. In HD flies, overexpressing PRMT6 rescues axonal defects and eclosion. Arginine methylation thus regulates HTT-mediated vesicular transport along the axon, and increasing HTT methylation could be of therapeutic interest for HD.Telethon-Italy and Autonomous Province of Trento (TCP12013 to M.P.); Association Française contre les Myopathies (AFM-22221 to M.P. and M.B.); PRIN-MUR (2017F2A2C5 to M.P.); National Institutes of Health (1R21NS111768-01 to M.P. and U.B.P.); PROGRAM RARE DISEASES CNCCS-Scarl-Pomezia (M.P.); FONDAZIONE AIRC-Italy (24423 to M.P.); Alzheimer Trento Onlus with the legato Baldrachi (M.B.); the Agence Nationale de la Recherche (ANR-15-JPWG-0003-05 JPND CIRCPROT and ANR-18-CE16-0009-01 AXYON to F.S.) and the Spanish Ministry of Science, Innovation and Universities (RTI2018-096322-B-I00 MCIU/AEI/FEDER-UE to J.J.L.

Pour une démocratie socio-environnementale : cadre pour une plate-forme participative « transition écologique »

Contribution publiée in Penser une démocratie alimentaire Volume II – Proposition Lascaux entre ressources naturelles et besoins fondamentaux, F. Collart Dutilleul et T. Bréger (dir), Inida, San José, 2014, pp. 87-111.International audienceL’anthropocène triomphant actuel, avec ses forçages environnementaux et sociaux, est à l’origine de l’accélération des dégradations des milieux de vie sur Terre et de l’accentuation des tensions sociales et géopolitiques. Passer à un anthropocène de gestion équitable, informé et sobre vis-à-vis de toutes les ressources et dans tous les secteurs d’activité (slow anthropocene), impose une analyse préalable sur l’ensemble des activités et des rapports humains. Cette transition dite « écologique », mais en réalité à la fois sociétale et écologique, est tout sauf un ajustement technique de secteurs dits prioritaires et technocratiques. Elle est avant tout culturelle, politique et philosophique au sens propre du terme. Elle est un horizon pour des trajectoires de développement humain, pour des constructions sociales et économiques, censées redéfinir socialement richesse, bien-être, travail etc. La dénomination « transition écologique » est largement véhiculée, mais ses bases conceptuelles ne sont pas entièrement acquises ni même élaborées. Dans ce contexte, les étudiants en première année de Master BioSciences à l’Ecole Normale Supérieure (ENS) de Lyon ont préparé une première étude analytique de ce changement radical et global de société pour mieux comprendre dans quelle société ils souhaitent vivre, en donnant du sens aux activités humaines présentes et à venir. Une trentaine de dossiers sur divers secteurs d’activités et acteurs de la société ont été produits et ont servis de support à cette synthèse. Plus largement, le but est de construire un socle conceptuel et une plate-forme de travail sur lesquels les questions de fond, mais aussi opérationnelles, peuvent être posées et étudiées en permanence. Cette démarche participative est ouverte à la collectivité sur le site http://institutmichelserres.ens-lyon.fr/

Reconstitution of the corticostriatal network and therapeutic target in Huntington's disease

La maladie de Huntington (MH) est une maladie neurodégénérative avec une transmission dominante, qui entraîne la mort dans les 15 à 20 ans suivant les premiers signes pathologiques. Le gène muté dans la MH contient une répétition de trinucléotide CAG instable qui code pour une expansion de polyglutamine (polyQ) dans la protéine huntingtine (HTT). Lorsque le gène code pour une protéine avec plus de 35 glutamines, il déclenche un dysfonction puis une mort neuronale notamment dans le striatum et le cortex, entrainant l'apparition de symptômes cognitifs, psychiatriques et moteurs. HTT est exprimée dans de nombreux tissus et est impliquée dans diverses fonctions cellulaires. Il est admis que dans la MH, l'expansion polyQ conduit à un gain de nouvelles fonctions toxiques, mais également à une perte des fonctions neuroprotectrices de HTT sauvage. Avant même l'apparition des premiers symptômes, des dysfonctions existent au sein du réseau neuronal corticostriatal. Cependant, les études in vivo des dysfonctions précoces au sein de ce réseau sont techniquement difficiles à l’échelle cellulaire.Le premier enjeu de ma thèse a été de reconstituer et de caractériser in vitro le réseau corticostriatal. Pour cela nous avons utilisé une plateforme microfluidique, compatible avec de la vidéomicroscopie haute résolution, dans laquelle chaque compartiment est identifié et où la progression de la croissance axonale à la formation des synapses est régulée. Nous avons observé des défauts majeurs au sein des différents compartiments du réseau corticostriatal, de la dynamique présynaptique à des défauts de structure et de transmission synaptiques, ainsi que des dysfonctions du trafic et des voies de signalisation post-synaptique. De manière intéressante, nous avons montré que le statut génétique du compartiment présynaptique était nécessaire et suffisant pour altérer ou restaurer le réseau corticostriatal.Le second aspect de ma thèse a été d’étudier la dynamique intracellulaire, depuis le réticulum endoplasmique jusqu’au compartiment final, au sein de cellules modèles de la MH. Pour cela nous avons utilisés le système RUSH (Retention Using Selective Hooks) couplé à une molécule utilisant la voie standard de biosynthèse des protéines. Au sein de cellules modèles de la MH, la dynamique intracellulaire est perturbée. L’utilisation de molécules inhibitrices d’une classe d’enzyme au sein de cellules modèles de la MH, est capable de restaurer une dynamique intracellulaire. En particulier, grâce au système microfluidique, nous avons montré qu’une molécule a la capacité de restaurer un réseau corticostriatal sauvage. Les études pharmacologiques de passage ont montré que cette molécule a un haut pouvoir de passage de la barrière hémato encéphalique. Le traitement pendant un mois de souris modèles de la MH et l’analyse de leur coordination motrice et de leur état anxiodépressif suggère que cette molécule est capable d’améliorer les symptômes chez les souris MH.Ces travaux ont permis de mettre en évidence 1/ l’importance du cortex comme région d’intérêt thérapeutique dans la MH, et 2/ le trafic de protéines comme une nouvelle cible thérapeutique.Huntington Disease (HD) is a mid-life onset inherited neurodegenerative disorder that leads to death within 15 to 20 years after appearance of the first symptoms. The defective gene in HD contains an unstable trinuocleotide CAG repeat which encodes for a polyglutamine stretch (polyQ) in the huntingtin (HTT) protein. When the number of glutamines coded by the gene exceeds 35 repeats, it triggers neuronal dysfunction and death, affecting in particular the striatum and the cortex, causing cognitive, psychiatric, and motor symptoms. HTT is widely expressed and it is involved in numerous functions. In HD, it is accepted that, the polyQ strech leads to a gain of toxic functions, and converselyto a loss of neuroprotective functions of wild-type HTT. Long before the appearance of the first symptoms, dysfunctions exist within the corticostriatal neuronal network. However, in vivo studies of early cell dysfunction in this network are technically difficult, especially at the subcellular resolution.The first objective of my thesis was to reconstitute and characterize the corticostriatal network in vitro. We used a microfluidic device in which each neuronal compartment is identified and in which the progression from axonal growth to synapse regulation is controlled. We observed major defects in the different compartments of the corticostriatal circuit, from presynaptic dynamics to synaptic structure and transmission and to postsynaptic traffic and signaling. Importantly, the genetic status of the presynaptic compartment was necessary and sufficient to alter or restore the circuit.The second aspect of my thesis was to study the intracellular dynamics, from the endoplasmic reticulum to the final compartment, in cellular models of HD. For this we used the RUSH system (Retention Using Selective Hooks) coupled to a molecule using the standard pathway of protein biosynthesis. In cellular models of HD, intracellular dynamics are disrupted. We found that molecules targeting enzyme protein trafficking restore intracellular dynamics in HD cells. In particular, thanks to the microfluidic system, we showed that a given molecule has the capacity to restore a HD mutant corticostriatal network. Pharmacological studies showed that this molecule has a high power of passage of the blood brain barrier. One month treatment of HD mouse models and their behavioral tests for motor and anxiety-depressive symptoms suggest that the molecule is able to ameliorate symptoms.These studies made it possible to highlight 1 / the importance of the cortex as a key region of therapeutic interest in HD, and 2 / protein trafficking as a new therapeutic target in HD

B41 HD on chip : reconstituting the cortico-striatal network on microfluidics to study intracellular trafficking and synaptic transmission

International audienceMost of the cellular or molecular studies in HD used so far separated cultures of striatal or cortical neurons. However, in the brain these neurons are connected and form a particular network that is defective in HD. The polarised nature of neurons and the size and density of synapses complicates the manipulation and visualisation of specific events taking place in axons or dendrites and of specific synaptic transmission within the cortico-striatal network.To overcome these limitations, we developed several microfluidic systems compatible with high-resolution videomicroscopy and connected to microelectrode arrays (MEA) to reconstitute and identify each component of the corticostriatal network. The microfluidic system directs the formation of identified synapses separately between cortical axons and striatal dendrites and soma. In parallel, a multielectrode substrate monitors and controls presynaptic and postsynaptic activity independently. Using this multicomplex system we are investigating how the trafficking of synaptic vesicles or mitochondria along axons is regulated by presynaptic and postsynaptic patterns in the corticostriatal network in health and HD. In addition, the system allows modifying the genetic status of the cortical or striatal neurons as a way to selectively investigate how disease neurons differentially affect pre or post-synaptic events in HD and overall alter synapse function

Reconstituting Corticostriatal Network on-a-Chip Reveals the Contribution of the Presynaptic Compartment to Huntington’s Disease

Summary: Huntington’s disease (HD), a devastating neurodegenerative disorder, strongly affects the corticostriatal network, but the contribution of pre- and postsynaptic neurons in the first phases of disease is unclear due to difficulties performing early subcellular investigations in vivo. Here, we have developed an on-a-chip approach to reconstitute an HD corticostriatal network in vitro, using microfluidic devices compatible with subcellular resolution. We observed major defects in the different compartments of the corticostriatal circuit, from presynaptic dynamics to synaptic structure and transmission and to postsynaptic traffic and signaling, that correlate with altered global synchrony of the network. Importantly, the genetic status of the presynaptic compartment was necessary and sufficient to alter or restore the circuit. This highlights an important weight for the presynaptic compartment in HD that has to be considered for future therapies. This disease-on-a-chip microfluidic platform is thus a physiologically relevant in vitro system for investigating pathogenic mechanisms and for identifying drugs. : Using microfluidics to reconstruct a Huntington’s disease corticostriatal network, Virlogeux et al. identify recurrent pre- and postsynaptic alterations leading to global circuit dysfunctions and hypersynchrony. They further demonstrate that the genetic status of the presynaptic compartment determines integrity of the network. Keywords: microchambers, microfluidics, huntingtin, axonal and dendritic transport, BDNF, mitochondria, glutamate, TrkB, synapse, GCaMP6

Increasing brain palmitoylation rescues behavior and neuropathology in Huntington disease mice

International audienceRestoring huntingtin-mediated intracellular trafficking rescues Huntington disease mice