Study of the sporadic Alzheimer's Disease using in vivo models and reprogrammed human neurons;Étude de la forme sporadique de la maladie d'Alzheimer à partir de modèles in vivo et de neurones humains reprogrammés

Alzheimer disease (AD) is the main form of dementia and is still uncurable.

It occurs in 2 forms: the first, the majority (>95% of cases) and non-hereditary, is called “sporadic” (sAD).

The second is the familial form (fAD) and results from genetic mutations.

As the etiology of sAD remains unclear, most of research is focused on models mimicking the fAD.

It has been recently shown that modulating the expression of BMI1 gene allows to reproduce the sAD hallmark in vitro, in embryonic stem cells derived neurons from healthy control.

My thesis project developed different xenotransplantation methodologies in order to set up a sAD model based on the modulation of BMI1 expression.

Therefore, human induced pluripotent stem cells (hiPSC) were derived in control (NI) neural progenitor cells (NPC) and then infected with a lentivirus allowing to decrease (shBMI1) or not (shSCR) the expression of BMI1.

These cells were then transplanted into the brain of adult mice to study the sAD in vivo.

My work established different xenotransplantation approaches of hiPSC derived NPC, both in adult and at the embryonic stage (in utero).

First, the in utero xenotransplantation allowed us to follow the evolution of NPC grafted either in the lateral ventricles (LV) or in the prefrontal cortex (PFC) in an immunocompetent environment.

The results show that NPCs when transplanted into LVs migrate to different regions of the host brain.

It has also been observed that the host environment depending on the transplanted region in the embryo (LV vs. PFC) influences synaptic maturation, while maintaining the overall intrinsic developmental characteristics of human neurons compared to adult murine neurons.

Cells transplanted into PFC acquire a more mature morphology than those transplanted into LV.

In a second step, the technique of NPC transplantation into adult immunodeficient mice allowed to study the effect of the downregulation of BMI1 gene expression on iPSC-derived human neurons in a first in vivo approach.

Preliminary morphological analyses of "NI", "SCR" and "BMI1" neurons suggest an alteration of the architecture of the nucleus of shBMI1 neurons.

This study could be extended to the in utero xenograft model allowing access to a model closer to human physiology.

The perspectives of my work include the use of an inducible system as well, allowing the BMI1 inactivation on various neurodevelopmental stages in order to decipher at the molecular and cellular level the early mechanisms of AD.

; La maladie d’Alzheimer (MA) est la forme principale de démence et demeure incurable.

Elle se présente sous deux formes : la première, majoritaire (>95% des cas) et non héréditaire est dite « sporadique » (MAs).

La deuxième est la forme familiale (MAf) et résulte de mutations génétiques.

L’étiologie de la MAs restant à ce jour peu connue, la majorité des recherches sont axées sur le développement de modèles mimant la MAf.

Récemment, il a été montré que la modulation de l’expression du gène BMI1 permet de reproduire les caractéristiques de la MAs, in vitro, dans des neurones dérivés de cellules souches embryonnaires (ESC) d’individu sain.

Mon projet de thèse a permis de développer plusieurs méthodologies de xénotransplantation pour mettre en place un modèle MAs basé sur la modulation de l’expression du gène BMI1.

Ainsi, des cellules pluripotentes induites humaines (hiPSC) ont été dérivées en cellules progénitrices neuronales (hNPC) contrôle (NI), puis infectées par un lentivirus permettant de diminuer (BMI1) ou non (SCR) l’expression du gène BMI1.

Elles ont été ensuite transplantées dans le cerveau de souris adulte pour l’étude in vivo de la MA.

Mes travaux ont permis d’établir différentes approches de xénotransplantation des hNPC dérivés d’hiPSC, à la fois chez la souris adulte, et au stade embryonnaire (in utero).

Dans un premier temps la xénotransplantation in utero a permis de suivre l’évolution des hNPC greffées dans les ventricules latéraux (LV) ou dans le cortex préfrontal (PFC) dans un environnement immunocompétent.

Les résultats montrent que les NPC lorsque greffées dans les LV migrent dans différentes régions cibles du cerveau.

Il a également été observé que l’environnement de l’hôte selon la région greffée chez l’embryon (LV vs. PFC) influence la maturation synaptique, tout en maintenant les caractéristiques globales intrinsèques de développement des neurones humains par rapport aux neurones murins adultes.

Les cellules transplantées dans le PFC acquièrent une morphologie plus mature que celles transplantées dans le LV.

Dans un second temps, la technique de transplantation des hNPC chez la souris adulte immunodéficiente a permis d’étudier l’effet de la diminution partielle de l’expression du gène BMI1 sur neurones humains dérivés d’iPSC en première approche in vivo.

Des analyses morphologiques préliminaire des neurones « NI », « SCR » et « BMI1 » suggèrent une altération de l’architecture du noyau des neurones BMI1.

Cette étude pourra être élargie au modèle de xénogreffe in utero permettant l’accès à un modèle davantage proche de la physiologie humaine.

Les perspectives de mon travail de thèse comprennent également l’utilisation d’un système d’expression inductible permettant une inactivation BMI1 ciblée sur divers stades neurodéveloppementaux afin de décrypter au niveau moléculaire et cellulaire les mécanismes précoces de la MAs.