Analyses des dysfonctions neuronales d’un modèle murin de Paraplégie Spastique Héréditaire

Abstract

Hereditary Spastic Paraplegia is a group of Motor Neuron Disease characterized by the degeneration of cortico-spinal tract leading to a progressive spasticity and paralysis of lower limbs sometimes associated with cognitive deficits. Mutations in SPG11 gene coding for Spatacsin are a major cause of these complex forms. For a better understanding of SPG11-related HSP mechanisms, our team generated a Knock-Out mouse model (spg11-/-) mimicking the cognitive and motor deficits correlated with histological alterations (J.Branchu & al.; 2017). As motor impairments precede the first neuronal losses, we hypothesized that there may exist some neuronal dysfunctions primary to neuronal death observable with electrophysiological methods. In Vivo EEG recordings of spg11-/- motor cortex highlighted the emergence of spike and wave discharges events (SWD), occurring before the cortical NeuN+ cells loss and suggesting a disturbance of excitability of cortical networks. No propagation to thalamus was found, but these SWLD seems to response in a dose dependent manner to pro and anti-Absence Epilepsy drugs. With our IHC experiments, we didn’t observe any change in GABAergic interneurons number, suggesting no change in cortical inhibition mediated by interneurons. Ex vivo Electrophysiological recordings of adult spg11-/- hippocampi displayed reduced short and long-term potentiation, correlated with a loss of spatial and fear-related memories, suggesting an impairment in synaptic elements. We did not observe those alterations during development although there seem to be a shift from mature to immature dendritic spines. mRNA quantification couldn’t highlight any modification in epilepsy-related gene expression. However, in vitro intracellular recordings of embryonic cortical neurons revealed impairments in sodic current density and excitability in Spg11-/- neurons. Altogether, the results of these experiments will decipher the roles of Spatacsin in the pathogenesis of Motorneurons Diseases and give us a useful and non-invasive read-out for the evaluation of therapeutical assays.Les Paraplégies Spastiques Héréditaires sont un groupe de maladies du motoneurone caractérisées par une dégénérescence de l’axe corticospinal menant à la spasticité et une paralysie progressive des membres parfois associés à des troubles cognitifs. Des mutations dans le gène SPG11 codant pour la Spatacsine sont la majeure cause de ces formes complexes de HSP. Pour mieux comprendre les mécanismes responsables de la pathologie liée à SPG11, notre équipe a généré un modèle de souris Knock-out pour ce gène, mimant les déficits cognitifs et moteurs observés chez les patients, corrélés à des altérations histologiques (J.Branchu & al. ; 2017). Etant donné que les troubles moteurs apparaissent avant les premières pertes neuronales, nous avons émis l’hypothèse qu’il existait des dysfonctions neuronales précédant la mort des neurones et mesurables par des techniques d’électrophysiologie. Des enregistrements EEG in vivo du cortex moteur des souris Spg11-/- nous ont permis d’observer l’émergence de décharges pointe-onde (DPO), survenant avant la mort des neurones corticaux NeuN+. Ces signaux sont semblables à ceux observés dans une forme particulière d’épilepsie : l’épilepsie d’absence et suggérent une perturbation de l’excitabilité corticale. Ces signaux ne semblent pas se propager dans le thalamus mais ces DPO répondent de manière dose dépendante à des drogues pro et anti Epilepsie d’Absence. Aucune différence significative n’a été observée dans le nombre d’interneurones GABAergiques, suggérant que l’inhibition corticale médiée par ces derniers n’est pas atteinte. Nous n’avons pas réussi à mettre en évidence de modification de l’expression de gènes liés à l’épilepsie d’absence. Cependant, des expériences de Patch clamp sur des neurones corticaux embryonnaires ont révélé une perturbation de la densité du courant sodique et d’excitabilité dans les neurones Spg11-/-. Des enregistrements ex vivo de l’hippocampe des souris Spg11-/- révèlent une perte de potentialisation à long et à court terme, corrélés avec une perte de mémoire spatiale, suggérant une atteinte d’un ou plusieurs éléments synaptiques. Ces pertes de plasticité hippocampiques ne sont pas observées durant le développement malgré ce qui semble être un défaut de synaptogénèse dans les collatérales de Schaffer. A terme, ces résultats vont étoffer nos connaissances sur les rôles de l’absence de Spatacsine dans la pathogénèse de l’HSP et des maladies du motoneurone et nous fourniront une mesure intéressante et non invasive (EEG) pour l’évaluation de l’efficacité de futur d’essais thérapeutiques