A Drosophila model for LRRK2-linked parkinsonism

Zhaohui Liu, Xiaoyue Wang, Yi Yu, Xueping Li, Tao Wang, Haibing Jiang, Qiuting Ren, Yuchen Jiao, Akira Sawa, Timothy Moran, Christopher A. Ross, Craig Montell

and Wanli W. Smith

Flore JEANDEAUD – Sébastian LEQUIME

D.P.R.B. Biotechnologies et Génie Génétique - Analyse d'article

Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), 2008

Plan de l'analyse

1 - Contexte

2 - Question centrale et objectif

3 - Résultats

5 - Conclusion

Plan de l'exposé

- Maladie de Parkinson- Gène LRRK-2

4 - Interprétation

Contexte

- En France : 100 000 personnes et 8 000 nouveaux cas par an.

- Moteurs (posture, tremblements de repos, bradykinésie,...)

- Autres (sommeil, dépression, démence,...)

- Dégénérescence massive des neurones dopaminergiques nigro-striataux (plus de 70%)

- Présence des corps de Lewy (inclusions cytoplasmiques)

- Dégénérescences mineures d'autres groupes neuronaux

- Dans 5-10% des cas, héréditaire (10 loci chromosomiques identifiés)

- Dans environ 95% des cas, sporadique (cause inconnue, probablement multifactorielle)

Maladie de Parkinson

- 1,6% des personnes de plus de 65 ans.

Fréquence :

Symptômes :

Troubles cellulaires :

Étiologie :

Contexte

Le gène LRRK-2

- Leucine-rich repeat kinase

Rôle normal in vivo ?

- Une partie du gène LRRK-2 : synthèse d'un segment protéique riche en leucine

Note : les protéines à région riche en leucine jouent un rôle dans les processus nécessitant des interactions protéine-protéine.

- Autres parties du gène : synthèse de deux domaines impliqués dans des interactions protéine-protéine.

- Impliqué dans la synthèse d'une protéine, la dardarine (dardara : tremblement), une enzyme à activité kinase, dont l'activité normale est inconnue.

Et en cas de mutation ?

- Mutations de ce gènes impliquées dans certaines formes héréditaires de la maladie de Parkinson.

Question centrale et Objectif

Comment modéliser ces mutations ?

Établir un modèle utile pour : - Étudier des pathologies associées au LRRK-2 (dont la maladie de Parkinson)- Criblages thérapeutiques

Plusieurs questions se posent :

- Quel animal modèle choisir ?

- Le transgène s'exprime-t-il de façon adéquat ?

- Ses effets sont-ils quantifiables ?

- A-t-il un effet proche de celui observé chez l'humain ?

Les chercheurs ont ici choisi de travailler sur la drosophile

L'étude présentée dans cet article répond justement à ces dernières questions

Résultats

Induction de la dégradation de la rétine

Expression dans la rétine du transgène sous contrôle d'un promoteur spécial

- Gènes exprimés de façon stable dans les cellules photoréceptrices

- Diminution du nombre de rhabdomeres dans les rétines des mouches porteuses des gènes recombinants

- Dégradation des ommatidies chez les mouches recombinantes

Résultats

Mort précoce et handicap locomoteurExpression des transgènes dans les neurones dopaminergiques

- LRRK2 et LRRK2-G2019S induisent une mort prématurée

- LRRK2-G2019S cause une mortalité plus élevée

Tests d'escalade

- Les mouches jeunes (<7 semaines) ont toutes les mêmes résultats

- Les mouches LRRK2-G2019S-2 présentent le handicap le plus important

- On retrouve bien deux pics d'activité des mouches, quelque soit leur génotype, mais l'activité est moins importante

- Les mouches âgées présentent un handicap croissant

-Un traitement au L-Dopa améliore l'activité locomotrice

Résultats

Dégénérescence des neurones dopaminergiques

6 clusters de neurones dopaminergiques expriment la tyrosine hydroxylase (TH) nécessaire à la biosynthèse de dopamine chez la mouche adulte

- les mouches LRRK2 et G2019S, avec l'âge, présentent une une chute significative de leur nombre de neurones dans ces clusters

- La encore, les mutants G2019S induisent une mort neuronale plus importante

- Un traitement au L-Dopa ne prévient pas la perte des neurones TH-positifs

Résultats

Handicap tardif de la locomotion et perte sélective des neurones TH positifs

Transgène placés sous une séquence régulatrice différente (elav) qui l'exprime dans toutes les cellules neuronales

- Plus forte expression du gène recombinant que du gène autochtone

- Diminution au delà de 5 semaines des capacités d'escalade pour les mouches exprimant les transgènes sous contrôle elav

- L'espérance de vie des mouches exprimant LRRK2 et G2019S diminue par rapport aux contrôles

Résultats

Handicap tardif de la locomotion et perte sélective des neurones TH positifs

Pas de pertes des neurones 5-hydroxytryptamine (5-HT) positifs (impliqués dans la synthèse de sérotonine)

- Perte significative des neurones TH positifs

- L'expression des protéines LRRK2 est spécifiquement toxique pour les neurones dopaminergiques.

Conclusions

Conclusions

L'expression de LRRK-2 induit, chez la drosophile :

- Dégénérescence rétinienne- Perte sélective des neurones dopaminergiques (entre 50 et 60 %)- Mortalité précoce- Handicap locomoteur

L'expression du gène sauvage (LRRK2) est moins toxique que celui du gène muté (LRRK2-G2019S)

Hypothèse : une concentration élevée en protéine LRRK2 sauvage, sous certaines circonstances (variation génétique ou stress cellulaire), peut conduire à une dégénérescence des neurones dopaminergiques et à un handicap locomoteur, et donc contribuer à certains cas de la maladie de Parkinson chez l'homme (non prouvé pour le moment)

On connaît encore très peu de chose sur ce gène, seules des études portant sur l'identification des vrais substrats de LRRK2 et l'interaction avec ses partenaires pourra éclairer son rôle dans la maladie de Parkinson.

Dans cette optique, la drosophile semble être un modèle in vivo potentiellement très utile