Probing the Alzheimer’s disease risk gene PTK2B using human-derived induced neurons

Mieux comprendre le gène PTK2B, un facteur de risque de la maladie d'Alzheimer, par l'utilisation de neurones dérivés de cellules souches pluripotentes induites humaines La maladie d'Alzheimer (MA) est le principal type de démence et représente un défi majeur pour la santé publique mondiale. Elle se caractérise par un déclin progressif de la cognition, de la mémoire et des fonctions comportementales et touche plus de 55 millions de personnes dans le monde. Au niveau moléculaire, la MA se définit par la présence d'enchevêtrements neurofibrillaires agrégés dans les neurones et par l'accumulation de plaques d'amyloïde-β (Aβ) dans le cerveau. Ces caractéristiques pathologiques sont associées à des altérations de l'activité neuronale, à la perte de synapses, à la gliose et à la neuroinflammation, conduisant à une neurodégénérescence irréversible. L'étiologie et la physiopathologie de la MA impliquent une interaction complexe entre des facteurs génétiques et environnementaux. Les études d'association à l'échelle du génome ont permis d'identifier plusieurs loci porteurs de polymorphismes de nucléotides simples (SNP) associés au risque de maladie d'Alzheimer. Parmi ces loci, celui qui héberge la Protéine Tyrosine Kinase 2β (PTK2B) est mis en évidence dans le présent travail. Ce gène code pour une protéine tyrosine kinase qui est impliquée dans la régulation des canaux ioniques induite par le calcium et dans l'activation de nombreuses voies de signalisation, telles que la MAP kinase. Des variations génétiques non synonymes dans le locus PTK2B ont été associées à un risque accru de maladie d'Alzheimer et on pense qu'elles régulent l'expression de PTK2B. Cependant, les rôles physiologiques et physiopathologiques de la PTK2B ne sont pas entièrement compris. Dans le cerveau humain, l'expression de la PTK2B est principalement observée dans les neurones glutamatergiques. Au cours de la progression de la maladie d'Alzheimer, son expression diminue et peut contribuer aux dysfonctionnements neuronaux observés, tels que l'augmentation de l'excitabilité électrique et les altérations synaptiques. Par conséquent, la compréhension du rôle de la PTK2B dans les neurones humains peut contribuer à révéler les mécanismes des dysfonctionnements neuronaux dans la MA. Dans cette optique, les objectifs de cette thèse sont de découvrir les processus cellulaires et les voies moléculaires régulés par la PTK2B dans les neurones humains. Pour ce faire, nous avons utilisé des cellules souches pluripotentes induites humaines (hiPSC) isogéniques pour générer des neurones exprimant différents niveaux de PTK2B. Ensuite, nous avons utilisé des tests fonctionnels et moléculaires pour étudier les conséquences de l'altération de l'expression de la PTK2B dans un contexte physiologique et dans un contexte similaire à celui de la MA. Nous montrons qu'une réduction de l'expression de PTK2B entraîne une augmentation de la phosphorylation de TAU à divers épitopes associés à la pathologie de la MA, ce qui suggère un rôle central de PTK2B dans la régulation de l'agrégation de TAU. En utilisant la transcriptomique à noyau unique, nous montrons également que l'expression réduite de la PTK2B entraîne des altérations transcriptionnelles spécifiques liées à l'activité électrique neuronale et à la transmission synaptique, principalement dans les neurones glutamatergiques. Les expériences d'imagerie calcique indiquent que la réduction de l'expression de PTK2B contribue à augmenter la fréquence des pointes de calcium sans affecter la synchronisation, ce qui indique une activité électrique neuronale élevée. En outre, les résultats des enregistrements électrophysiologiques effectués à partir de réseaux multi-électrodes (MEA) montrent une activité électrique accrue et des schémas d'éclatement perturbés dans les neurones mutants PTK2B. Dans l'ensemble, ces travaux mettent en lumière l'implication de PTK2B dans les processus cellulaires liés à la maladie d'Alzheimer, en donnant un aperçu des mécanismes moléculaires et des altérations fonctionnelles associés à la dysrégulation de PTK2B dans les cellules neuronales humaines dérivées des iPSCs.