Both Hedgehog and androgen signaling pathways are known to promote myelin regeneration in the central nervous system. Remarkably, the combined administration of agonists of each pathway revealed their functional cooperation towards higher regeneration in demyelination models in males. Since multiple sclerosis, the most common demyelinating disease, predominates in women, and androgen effects were reported to diverge according to sex, it seemed essential to assess the existence of such cooperation in females. Here, we developed an intranasal formulation containing the Hedgehog signaling agonist SAG, either alone or in combination with testosterone. We show that SAG promotes myelin regeneration and presumably a pro-regenerative phenotype of microglia, thus mimicking the effects previously observed in males. However, unlike in males, the combined molecules failed to cooperate in the demyelinated females, as shown by the level of functional improvement observed. Consistent with this observation, SAG administered in the absence of testosterone amplified peripheral inflammation by presumably activating NK cells and thus counteracting a testosterone-induced reduction in Th17 cells when the molecules were combined. Altogether, the data uncover a sex-dependent effect of the Hedgehog signaling agonist SAG on the peripheral innate immune system that conditions its ability to cooperate or not with androgens in the context of demyelination.

Failure of myelin regeneration by oligodendrocytes contributes to progressive decline in many neurological diseases. Here, using in vitro and in vivo rodent models, functional blockade, and mouse brain demyelination, we demonstrate that Sonic hedgehog (Shh) expression in a subset of oligodendrocyte progenitor cells precedes the expression of myelin basic protein (MBP), a major myelin sheath protein. Primary cultures of rodent cortical oligodendrocytes show that Shh mRNA and protein are upregulated during oligodendrocyte maturation before the upregulation of MBP expression. Importantly, almost all MBP-positive cells are Shh positive during differentiation. During remyelination, we identify a rapid induction of Shh mRNA and peptide in oligodendroglial cells present in the demyelinated corpus callosum of mice, including a population of PDGFRα-expressing cells. Shh invalidation by an adeno-associated virus strategy demonstrates that the downregulation of Shh impairs the differentiation of oligodendrocytes in vitro and decreases MBP and myelin proteolipid protein expression in the demyelinated mouse brain at late stages of remyelination. We also report a parallel expression of Shh and MBP in oligodendroglial cells during early post-natal myelination of the mouse brain. Thus, we identify a crucial Shh signal involved in oligodendroglial cell differentiation and remyelination, with potential interest in the design of better-targeted remyelinating therapeutic strategies.

Médecine/sciences (M/S), revue internationale dans le domaine de la recherche biologique, médicale et en santé

La production de myéline au cours du développement comme la régénération de la myéline à l’issue d’un événement démyélinisant sont des processus essentiels au fonctionnement du système nerveux central. Pour cette raison, la caractérisation des mécanismes moléculaires et cellulaires impliqués dans ces processus reste un défi majeur pour la communauté scientifique dans le domaine. Ce projet de thèse était destiné à rechercher l’existence de possibles activités synergiques entre les voies de signalisation induites par les protéines sécrétées Hedgehog et les hormones stéroïdes de type androgènes dans le double contexte de la myélinisation active qui a lieu à la période post-natale précoce et de la régénération de la myéline suite à une démyélinisation pathologique, comme celle rencontrée dans la sclérose en plaques. Des modèles de démyélinisation in vivo ont été utilisés et ont révélé que la combinaison d’un agoniste de la signalisation Hedgehog et de testostérone a des effets synergiques non seulement sur la remyélinisation, mais aussi sur l’inflammation locale du système nerveux central en lien avec la réponse du système immunitaire périphérique à l’évènement démyélinisant. Ce profil d’activité unique permet de considérer cette bithérapie comme une approche prometteuse particulièrement intéressante dans le contexte de la sclérose en plaques et plus spécifiquement dans le contrôle de facteurs connus pour contribuer à une étape critique de la maladie, à savoir la transition de la forme récurrente-rémittente vers la forme progressive. De plus, ce travail a conduit à caractériser les propriétés pro-myélinisantes du premier membre d’une famille de molécules précédemment identifiées comme agonistes non-canoniques de la signalisation Hedgehog. Les résultats acquis démontrent ses effets d’une part sur le recrutement des cellules oligodendrocytaires dans la lésion induite par l’injection de lysolecithin dans le corps calleux de souris et d’autre part sur la maturation des cellules de la lignée Oli-neuM en cellules myélinisantes jusqu’à l’enroulement de la myéline autour d’axones artificiels. Enfin, nos données concernant la myélinisation développementale révèlent une complémentarité des effets médiés par chacune des deux voies de signalisation et contribuent à une meilleure connaissance de l’oligodendrogenèse néonatale.