Soutenance de thèse de LE MAROIS Marguerite
Titre de thèse
Rôle des ARN non codants dans les mécanismes épigénétiques des traitements antidépresseurs
Role of non-coding RNAs in the epigenetic mechanisms of antidepressant treatments
Résumé de la thèse
La variabilité de la réponse aux antidépresseurs constitue un défi majeur dans le traitement des troubles dépressifs, avec une réponse insuffisante chez 30 à 60 % des patients. Les mécanismes physiopathologiques sous-jacents restent mal compris, mais le rôle de l'interaction entre l'environnement et l'expression génétique a été démontré. Dans ce contexte, les gènes GPR56/ADGRG1 et ELK1 ont été identifiés comme deux cibles modulées de manière opposée par les antidépresseurs. Parmi les pistes explorées pour mieux comprendre l'hétérogénéité de la réponse thérapeutique, les mécanismes épigénétiques, notamment les ARN non codants (ARNnc), apparaissent comme des régulateurs clés de l'expression génétique en fonction de l'environnement.
L'objectif principal de cette thèse était d'explorer le rôle des ARNnc dans les mécanismes épigénétiques des traitements antidépresseurs. Nos travaux expérimentaux se sont plus spécifiquement intéressés à leur implication dans la régulation de l'expression de GPR56/ADGRG1 et ELK1, selon une approche translationnelle intégrant outils bio-informatiques, essais cellulaires, modèles animaux et données humaines.
Le premier objectif était d'effectuer une revue systématique de la littérature sur les ARNnc utilisés comme cibles ou outils thérapeutiques dans les troubles de l'humeur. Notre revue détaille plusieurs molécules prometteuses évaluées dans des modèles précliniques pour le traitement des troubles dépressifs. Elle souligne leur potentiel thérapeutique innovant mais relève plusieurs obstacles à leur application clinique, notamment leur potentielle toxicité et leurs coûts de développement. En favorisant une médecine de précision et des approches thérapeutiques ciblées, la stratification des patients est une piste prometteuse pour surmonter ces défis.
Le deuxième objectif était l'étude des mécanismes épigénétiques régulant GPR56/ADGRG1 dans la réponse aux antidépresseurs. Une première étude a identifié miR-743-3p comme régulateur potentiel, mais son expression indétectable dans les tissus murins et l'absence d'orthologue humain connu ont interrompu les investigations. Une seconde étude sur une cohorte humaine a révélé une association entre un polymorphisme génétique situé dans le long ARN non codant LOC105371291, la variation de l'expression de GPR56/ADGRG1 et la réponse aux antidépresseurs. LOC105371291 a pu être quantifié pour la première fois dans le sang humain par RT-qPCR, ouvrant la voie à l'étude de son rôle dans la régulation de l'expression de GPR56/ADGRG1 et la réponse aux antidépresseurs.
Le troisième objectif, principal de ce travail, reposait sur l'hypothèse qu'un régulateur épigénétique commun soit responsable des expressions opposées de GPR56/ADGRG1 et ELK1. Nous avons identifié miR-139 comme un micro-ARN susceptible de réguler ces deux gènes par chacun de ses brins. Une association entre l'équilibre des brins miR-139-5p/miR-139-3p et la réponse aux antidépresseurs a été observée dans l'hippocampe d'un modèle murin de dépression traité par fluoxétine, et reproduite dans le sang de patients atteints d'épisode dépressif sévère. Ces résultats démontrent pour la première fois l'implication potentielle de l'équilibre entre les deux brins d'un même miARN dans la réponse aux antidépresseurs.
L'ensemble de ces résultats ouvre des perspectives prometteuses pour l'identification de biomarqueurs fondés sur les ARNnc et le développement de stratégies thérapeutiques innovantes. Ils soulignent également la nécessité d'approches multi-omiques intégrées pour mieux caractériser les réseaux de régulation impliqués dans la réponse aux antidépresseurs.
Thesis resume
The variability of the antidepressant response is a major challenge in the treatment of depressive disorders, with an inadequate response observed in 30 to 60% of patients. The underlying pathophysiological mechanisms remain poorly understood, but the involvement of the interaction between the environment and genetic expression has been demonstrated. In this context, GPR56/ADGRG1 and ELK1 have been identified as two genes modulated in opposite patterns by antidepressant treatment in human cohorts and preclinical models of depression. Among the avenues explored to better understand the heterogeneity of therapeutic response, epigenetic mechanisms, particularly non-coding RNAs (ncRNAs), appear to be key regulators of gene expression in interaction with the environment.
The primary objective of this thesis was to investigate the role of ncRNAs in the epigenetic mechanisms underlying antidepressant treatments. More specifically, our experimental work focused on ncRNAs involved in the epigenetic regulation of GPR56/ADGRG1 and ELK1 expression in the antidepressant response, employing a translational approach that integrated bioinformatics tools, cell assays, animal models, and human data.
The first objective was to conduct a systematic review of the literature on ncRNAs used as therapeutic targets or tools for the treatment of mood disorders. Our review details several promising molecules evaluated in preclinical models for the treatment of depressive disorders. It highlights their innovative therapeutic potential but identifies several obstacles to their clinical application, notably those related to their potential toxicity and development costs. By promoting precision medicine and targeted therapeutic approaches, patient stratification is a promising strategy to overcome these challenges.
The second objective was to investigate the epigenetic mechanisms regulating GPR56/ADGRG1 in the antidepressant response. In the first study, we identified miR-743-3p as a potential regulator of GPR56/ADGRG1. However, we discontinued further investigation due to its undetectable expression in murine tissues and the absence of a known human ortholog. A second study conducted in a human cohort revealed a significant association between a polymorphism in the gene encoding the long non-coding RNA LOC105371291, the variations in GPR56/ADGRG1 blood mRNA levels, and the antidepressant response. LOC105371291 was quantified for the first time in human blood using RT-qPCR, opening new avenues for exploring its role in the regulation of GPR56/ADGRG1 expression and mediating antidepressant response.
The third and main objective of this doctoral project was based on the hypothesis that a shared epigenetic regulator could explain the opposing expressions of GPR56/ADGRG1 and ELK1. We identified miR-139 as a potential regulator of these two genes through each of its strands. An association between the balance of miR-139-5p/miR-139-3p strands and the response to antidepressants was observed in the hippocampus of mice subjected to an unpredictable chronic mild stress protocol and treated with fluoxetine and reproduced in the blood of patients suffering from a severe major depressive episode. These results demonstrate for the first time the potential involvement of the balance between the two strands of the same miRNA in antidepressant response.
Taken together, these results offer promising prospects for the identification of miRNA-based biomarkers and the development of innovative therapeutic strategies. They also highlight the need for integrated multi-omic approaches to better characterize the regulatory networks involved in antidepressant response.