Étude de l’implication du métabolisme du cholestérol dans la pathogénèse des amyotrophies spinales infantiles

Les amyotrophies spinales infantiles (SMA) sont des maladies rares autosomiques récessives survenant dès l'enfance pour laquelle aucune thérapie n'est efficace à ce jour. Les SMA sont caractérisées par une dégénérescence spécifique des motoneurones entrainant des faiblesses musculaires critiques qui, lorsqu'elles atteignent les muscles respiratoires, provoquent le décès des patients. L'origine de ces maladies est la mutation du gène Survival of Motor Neuron 1 (Smn1) qui induit un déficit en protéine Survival of Motor Neuron (SMN). Tous les patients atteints de SMA possède au moins 2 copies du gène Smn2, qui module la sévérité de la maladie en produisant une faible quantité de protéines SMN complète. En effet, du à l'épissage alternatif de l'exon-7 qui code pour un domaine de stabilité de la protéine SMN, les transcrits produits par l'expression de Smn2 sont dans la plupart des cas incomplets, et génèrent des protéines SMN instables, rapidement dégradées. Ainsi, un objectif thérapeutique majeur dans les SMA est d'augmenter les niveaux de protéines SMN chez les patients. En décryptant les mécanismes moléculaires qui sous-tendent les effets bénéfiques de l'exercice physique dans un modèle souris de SMA sévère, le laboratoire a montré que la stimulation directe des récepteurs au NMDA (NMDAR) entraîne une augmentation significative de l'inclusion de l'exon 7 dans les transcrits SMN générés à partir de l'expression du gène Smn2 dans les tissus SMA. Au cours de ma thèse, j'ai participé à l'identification d'un deuxième mécanisme induit par l'exercice, lié à la réduction des niveaux d'expression du récepteur de l'IGF-1 (IGF-1R), qui est surexprimé dans la moelle épinière des souris SMA. La réduction d'IGF-1R suffit à promouvoir l'expression de SMN, à la fois par des effets transcriptionnels et post-transcritionnels. En utilisant une approche transcriptomique visant à identifier les gènes dont l'expression est modifiée de manière comparable par la modulation des NMDAR ou de l'IGF-1R, nous avons identifié un ensemble de gènes qui appartient à la voie de biosynthèse du cholestérol. Des analyses par RT-qPCR et western blot dans la moelle épinière de souris contrôles et modèles de la SMA ont révélées que i) les enzymes de la voie de biosynthèse du cholestérol sont sous-exprimées dans la moelle épinière de souris SMA et dans une culture de fibroblastes issus de patient SMA et ii) le traitement au NMDA ou la réduction d'IGF-1R réactive l'expression des enzymes de la voie de biosynthèse du cholestérol à des niveaux comparables aux témoins. De manière importante, nous avons démontré que l'inhibition spécifique de DHCR24, une enzyme clé de la voie terminale de la biosynthèse du cholestérol, dans les fibroblastes contrôles induit une réduction significative de l'expression de SMN, à la fois au niveau de l'ARNm et de la protéine et qu'à l'inverse, la restauration des niveaux d'expression de DHCR24 dans les fibroblastes SMA humains induit une augmentation significative de l'expression de SMN. De plus, la quantification par GC-MS du cholestérol, de ses métabolites, et de différents oxystérols indique que l'ensemble du métabolisme du cholestérol est altéré dans la moelle épinière de souris SMA, et amélioré par l'activation des NMDAR. L'ensemble de ces résultats mettent en évidence pour la première fois que l'homéostasie du cholestérol est perturbée dans les SMA et que moduler les voies moléculaires dépendantes du cholestérol et de ses dérivés peut constituer une approche thérapeutique prometteuse.