Les souris déficientes en TDRD3 présentent des déficits au niveau de la neurogenèse et de la plasticité synaptique au niveau post-transcriptionnel et comportemental

Contexte de l’étude

La topoisomérase 3b (top3b) est une enzyme à double activité capable de résoudre les problèmes topologiques de l’ADN et de l’ARN. De plus en plus de preuves montrent que top3b forme un complexe conservé avec la protéine contenant le domaine tudor 3 (tdrd3) chez les animaux. Des études de génétique humaine indiquent que la déficience ou la mutation de top3b est liée à des troubles mentaux et cognitifs (tels que la schizophrénie, l’autisme, l’épilepsie et le retard mental), une hypothèse soutenue par l’analyse de neurones en culture et de plusieurs modèles animaux (y compris les souris, les poissons zèbres et les mouches des fruits). Plus précisément, les souris déficientes en top3b présentent des phénotypes comportementaux associés aux troubles mentaux et cognitifs, ainsi que des déficits au niveau de la neurogenèse hippocampique et de la plasticité synaptique. Cependant, l’importance de tdrd3 pour la fonction cérébrale normale dans les modèles animaux n’a pas encore été suffisamment étudiée.

Source de l’étude

Cette étude a été réalisée par Xingliang Zhu, Yuyoung Joo, Simone Bossi, Ross A. McDevitt, et leurs collègues des institutions telles que l’Institut national de recherche sur le vieillissement des États-Unis, l’Université de l’Atlantique de Floride et l’Université de Kumamoto. L’article a été publié en 2024 dans la revue Progress in Neurobiology.

Processus de l’étude

Processus expérimental

Étape 1 : Création d’un modèle de souris

La stratégie de capture génique a été utilisée pour établir des souris déficientes en tdrd3. Les résultats montrent que les niveaux d’ARNm et de protéines de tdrd3 sont indétectables chez ces souris. Les chercheurs ont observé que la proportion de nouveaux-nés souris déficients en tdrd3 était significativement inférieure au ratio mendélien attendu, suggérant que tdrd3 est essentiel à la survie embryonnaire normale.

Étape 2 : Tests comportementaux

Les souris ont été soumises à une série de tests comportementaux, tels que le labyrinthe aquatique de Morris, les tâches d’alternance spontanée continue et les tests de conditionnement de la peur. Les résultats montrent que les souris déficientes en tdrd3 présentent des déficits cognitifs similaires à ceux des souris déficientes en top3b lors de ces tâches. De plus, les souris déficientes en tdrd3 montrent moins de comportements anxieux lors des tests en open field et en boîte claire-obscure.

Étape 3 : Tests électrophysiologiques

Les tests de potentialisation à long terme (LTP) et de dépression à long terme (LTD) sur des tranches hippocampiques montrent que les neurones CA1 des souris déficientes en tdrd3 présentent une plasticité synaptique dépendante de l’activité significativement réduite. De plus, le test de facilitation par impulsion jumelée (PPF) n’a montré aucune différence significative.

Étape 4 : Neurogenèse et morphologie neurale

Les chercheurs ont constaté une réduction significative de la prolifération des nouveaux neurones hippocampiques chez les souris déficientes en tdrd3, en particulier les cellules souches neurales de type II. En utilisant le marquage GFP par rétrovirus des nouveaux neurones, ils ont observé des anomalies morphologiques significatives, telles qu’une augmentation des points de bifurcation neuronale, une réduction du volume et du diamètre des dendrites, ainsi qu’une diminution de la densité des épines.

Étape 5 : Séquençage d’ARN et régulation post-transcriptionnelle

L’analyse par Pro-seq et RNA-seq a révélé que de nombreux gènes liés à la fonction neuronale présentaient une réduction significative des niveaux d’ARNm mature chez les souris déficientes en tdrd3, tandis que les niveaux d’ARN nascent ne changeaient pas, suggérant une accélération du turnover de ces ARNm. Les chercheurs ont également constaté que plusieurs gènes de la voie de signalisation GABA, tels que Gabra2, Gabra6, Neurod1 et Neurod2, présentaient des anomalies similaires de régulation post-transcriptionnelle chez les souris déficientes en tdrd3.

Résultats de l’étude

Principaux résultats

1. Déficits cognitifs et émotionnels : Les souris déficientes en tdrd3 présentent des déficits de mémoire dans les tâches cognitives comme le labyrinthe aquatique de Morris et les tests de conditionnement de la peur, probablement en raison d’un dysfonctionnement hippocampique.
2. Modifications des comportements anxieux : Les souris déficientes en tdrd3 montrent une réduction significative de l’anxiété dans les tests en open field et en boîte claire-obscure, contrairement aux souris déficientes en top3b qui montrent une augmentation de l’anxiété.
3. Plasticité synaptique affaiblie : Les tests électrophysiologiques révèlent que la plasticité synaptique des neurones CA1 est significativement réduite chez les souris déficientes en tdrd3 dans les mesures de LTP et de LTD.
4. Anomalies morphologiques des nouveaux neurones : Le marquage GFP par rétrovirus montre que les nouveaux neurones des souris déficientes en tdrd3 présentent des anomalies morphologiques significatives, telles qu’une augmentation des points de bifurcation, une réduction du volume et du diamètre des dendrites, et une diminution de la densité des épines.
5. Dérégulation de l’expression des gènes : L’analyse de séquençage et la validation par RT-qPCR montrent que plusieurs gènes de la voie de signalisation GABA présentent une réduction significative des niveaux d’ARNm mature chez les souris déficientes en tdrd3, alors que les niveaux d’ARN nascent restent pratiquement inchangés.

Conclusion de l’étude

L’étude conclut que tdrd3 joue un rôle crucial dans la fonction cérébrale normale des souris et que sa déficience pourrait contribuer aux troubles cognitifs et mentaux via des voies de régulation post-transcriptionnelles. Le complexe top3b-tdrd3 est indispensable à la stabilité de l’expression génique, et sa déficience peut entraîner une dérégulation des gènes impliqués dans la signalisation GABA et le développement neuronal.

Points forts de l’étude

• Feuille de route des mécanismes de l’isomérase topologique double : Offre des insights sur comment le complexe top3b-tdrd3 coordonne son action aux niveaux de l’ADN et de l’ARN.
• Étude de la plasticité synaptique et de la structure synaptique : Dévoile des changements significatifs dans la plasticité synaptique et la morphologie des nouveaux neurones chez les souris déficientes en tdrd3.
• Régulation post-transcriptionnelle : Montre comment la régulation post-transcriptionnelle affecte plusieurs gènes étroitement liés à la fonction neuronale en l’absence de tdrd3.

Conclusion et signification

Cette étude révèle non seulement l’importance de tdrd3 dans la fonction cérébrale, mais offre également de nouvelles perspectives pour explorer les mécanismes moléculaires des troubles mentaux et cognitifs. En clarifiant le rôle double du complexe Top3b-Tdrd3 dans la transcription génique et la régulation post-transcriptionnelle, cette recherche fournit une base pour comprendre la régulation génique dans le contexte plus large de la neurobiologie et de la pathobiologie. Ces découvertes pourraient aider à la conception future de stratégies thérapeutiques plus efficaces pour les troubles mentaux et cognitifs résultant de mécanismes moléculaires similaires.