La maladie de Parkinson (MP) est le trouble du mouvement le plus fréquent et la deuxième maladie neurodégénérative progressive liée à l'âge la plus fréquente, après la maladie d'Alzheimer. L'hypokinésie associée à la MP provient de la perte des neurones dopaminergiques dans la substantia nigra pars compacta, une région du cerveau qui régule l'initiation et le contrôle du mouvement. Un intérêt croissant pour l'étude des voies moléculaires sous-jacentes de la physiopathologie de la MP a vu le jour au cours des deux dernières décennies, avec l'identification de plusieurs gènes mutés dans la MP. Des mutations dans le gène leucine-rich repeat kinase 2 (LRRK2) sont la cause génétique la plus commune de la MP d'origine familiale et sporadique, mais notre compréhension de la fonction physiologique de LRRK2 demeure insuffisante. LRRK2 est une grande protéine constituée de plusieurs domaines incluant un domaine kinase et un domaine GTPase. Les mutations associées à la MP se situent dans l'ensemble de la protéine LRRK2, mais jusqu'alors, les recherches ont porté principalement sur une mutation dans le domaine kinase qui augmente l'activité kinase de LRRK2, et est associée à la vulnérabilité neuronale. À ce jour, la relation entre les domaines structuraux de LRRK2 et leurs fonctions physiologiques respectives reste mal définie, et la plupart des domaines de LRRK2 restent peu étudiés. Dans la première partie de cette thèse de doctorat, nous montrons que la chaîne légère de clathrine interagit directement avec le domaine GTPase de LRRK2 au niveau des endosomes précoces, régulant l'activité de Rac1 et modifiant ainsi la dynamique de l'actine et la morphologie cellulaire. Une meilleure compréhension de la fonction cellulaire de LRRK2 est essentielle pour élucider la physiopathologie de la MP associée à la protéine. Dans la deuxième partie de cette thèse nous établissons une lignée de cellules souches humaines pluripotentes induites exprimant la protéine endogène LRRK2 étiquetée (Flag-LRRK2) qui servira à de futures études physiologiques dans les neurones dopaminergiques. L'ensemble de ces résultats fait avancer notre compréhension fondamentale de la fonction moléculaire de LRRK2, et fournit un nouvel outil d'importance pour étudier la fonction physiologique de LRRK2 dans les neurones dopaminergiques humain.

Parkinson disease (PD) is the most common movement disorder and the second most common age-related progressive neurodegenerative disease after Alzheimer's disease. PD-associated hypokinesia results from the loss of dopaminergic neurons in the substantia nigra pars compacta, a brain region that normally regulates the initiation and control of movement. Over the last two decades, the identification of several mutated genes causative of PD has enabled the exploration of molecular pathways underlying PD pathophysiology. Although mutations in the leucine-rich repeat kinase 2 (LRRK2) gene are the most common genetic cause of both familial and sporadic PD, our understanding of the physiological function of LRRK2 remains incomplete. LRRK2 is a large multidomain protein with both a kinase and a GTPase domain. PD-associated mutations span the entire LRRK2 protein, yet research has mainly focused on a mutation in the kinase domain that enhances LRRK2 kinase activity and that is correlated with neuronal vulnerability. To date, the relationship between the structural domains of LRRK2 and their corresponding physiological functions remains poorly defined, as most domains remain understudied. In the first part of this doctoral thesis we present evidence of a novel interacting partner, clathrin-light chain, that interacts directly with the GTPase domain of LRRK2 on early endosomes to regulate Rac1 activity and thereby alter actin dynamics and cell morphology. Further understanding LRRK2's cellular function is essential to unravel the pathophysiology of LRRK2-associated PD. In the second part of this thesis we establish a human induced pluripotent stem cell line containing endogenously Flag-tagged LRRK2 for future physiological studies in dopaminergic neurons. These findings advance our fundamental understanding of the molecular function of LRRK2, and provide a novel tool to study LRRK2 in human dopaminergic neurons in the future.

McPherson, Peter Scott (Supervisor1)

Fon, Edward A (Supervisor2)