Re-organization of F-actin cytoskeleton during brain aging in Drosophila

Le vieillissement s'accompagne d'une perte progressive de l'homéostasie, dont l'origine est classiquement associée à l'altération des programmes génétiques. Cependant, l'amplitude des modifications de l'expression génique liées à l'âge est limitée, et la perte de co-régulation des protéines appartenant à un même complexe ou à des voies de signalisation communes a émergé comme un facteur potentiellement important dans l'altération des fonctions cellulaires. Il a récemment été montré que, dans les neurones, les niveaux et l'agrégation de F-actine augmentent avec l'âge, un processus associé à une expression dérégulée de certaines protéines de liaison à l'actine (ABPs). Néanmoins, la réorganisation sous-jacente du cytosquelette d'actine au cours du vieillissement, ainsi que les adaptations cellulaires qui en découlent pour préserver la viabilité neuronale, demeurent mal comprises.Afin de mieux comprendre ces mécanismes, j'ai étudié pendant ma thèse le lien fonctionnel entre la réorganisation du cytosquelette d'actine et l'homéostasie neuronale in vivo, au cours du vieillissement physiologique du cerveau. Pour ce faire, j'ai combiné de l'imagerie à haute résolution du cytosquelette et des analyses ultrastructurales avec des manipulations génétiques ciblant des ABPs spécifiques tout au long de la vie de la drosophile.Mes travaux ont révélé une réorganisation marquée du cytosquelette d'actine dans les neurones âgés, caractérisée par la formation progressive de structures denses en F-actine. Des expériences de microscopie corrélative lumière-électron (CLEM) réalisée sur des cerveaux âgés ont montré que ces structures correspondent à des faisceaux de filaments d'actine parallèles et étroitement empaquetés, localisés à proximité de la membrane plasmique. Pour identifier les régulateurs clés impliqués dans ce remodelage, j'ai réalisé un crible par ARNi, mettant en évidence plusieurs cross-linkers de l'actine et des myosines non conventionnelles, dont certains voient leur expression augmenter avec l'âge. Parmi eux, la Myosine XV se localise aux extrémités de ces faisceaux et en stimule l'élongation lorsqu'elle est surexprimée. Afin d'évaluer la contribution des faisceaux de F-actine dans le maintien de l'homéostasie neuronale, j'ai analysé différents marqueurs de stress protéostasique dans un contexte où leur formation était inhibée (ARNi dirigé contre myoXV). Dans les neurones âgés, la présence de faisceaux limite la formation d'agrégats protéiques toxiques, comme en témoigne l'accumulation d'agrégats riches en p62/Ref(2)p et ubiquitine après inhibition de MyoXV. Ce phénomène est associé à une augmentation du nombre d'autophagosomes et d'autolysosomes, ainsi qu'à une alkalynation des lysosomes, indiquant un recyclage autophagique altéré. De plus, il conduit à une mort neuronale prématurée. De manière remarquable, la réorganisation du cytosquelette d'actine n'est pas restreinte à la drosophile : nous avons également observé une augmentation significative de la fasciculation de la F-actine dans les neurones sensoriels (DRG) de souris âgées, suggérant un mécanisme conservé au cours de l'évolution.En conclusion, mes résultats illustrent comment les neurones s'adaptent aux changements de stœchiométrie des régulateurs de l'actine liés à l'âge, par un remodelage de leur cytosquelette préservant l'homéostasie protéique. Ce travail met en lumière un mécanisme subcellulaire protecteur conservé qui est mis en place au cours du vieillissement cérébral et pourrait représenter une piste intéressante pour promouvoir le vieillissement en bonne santé.