Dupont innove avec des modèles d’étude alternatifs

PUBLIÉ LE : 09/05/2022

TEMPS DE LECTURE : 4 MIN

*         LAURÉATS ATIP-AVENIR
À Nantes, Jean–Baptiste Dupont développe des modèles in vitro de muscles humains, à partir de cellules de patients atteints de myopathie de Duchenne. Le chercheur a deux objectifs : améliorer l’étude de cette maladie musculaire héréditaire, et tester des thérapies géniques en développement, le tout grâce à des organoïdes qui permettront de réaliser des observations plus fiables que celles issues de l’utilisation des modèles animaux actuellement disponibles.

Jean–Baptiste Dupont
Jean-Baptiste Dupont est en train d’ouvrir une voie essentielle pour la mise au point de traitements efficaces contre des maladies musculaires. Responsable de l’équipe Next generation disease models au sein l’unité de recherche nantaise Thérapie génique translationnelle des maladies génétiques*, ce jeune chercheur Inserm pourrait avoir trouvé une solution au manque de fiabilité des modèles actuellement utilisés pour étudier les maladies génétiques du muscle et développer des traitements pour les soigner. Certes, la thérapie génique commence à apporter les preuves de son efficacité dans un certain nombre d’indications et reste un espoir majeur pour les personnes atteintes de maladies comme la myopathie de Duchenne. Mais la recherche se heurte à un obstacle important : « Les modèles animaux auxquels nous avons recourt ne reproduisent pas suffisamment bien la pathologie humaine. En particulier, ils ne permettent pas de statuer avec certitude sur l’efficacité des thérapies chez les patients », explique Jean-Baptiste Dupont.
Le chercheur a donc décidé de miser sur une approche différente. Il veut développer de nouveaux modèles in vitro, fondés sur l’utilisation de cellules humaines. Pour cela, il a monté sa propre équipe : un financement Atip-Avenir obtenu fin 2020 lui a notamment permis de recruter un ingénieur, deux étudiants en master 2 et un bioinformaticien à mi-temps. Concrètement, l’équipe cherche maintenant à reconstituer du tissu musculaire à partir de « cellules souches pluripotentes induites » (cellules iPS) issues de patients. Ce travail consiste à prélever des cellules à des malades volontaires, à partir de leur peau ou même dans un échantillon d’urine, à les reprogrammer génétiquement en cellules susceptibles de donner tous types de cellules de l’organisme, dites « pluripotentes », puis à induire leur différenciation en cellules musculaires.

 Pour en savoir plus sur les cellules iPS, consulter notre dossier dédié
« En culture 2D standard, nous obtenons des fibres musculaires capables de contractions. Mais nous devons aller plus loin car ces fibres sont mal organisées et les cellules qui les constituent sont insuffisamment matures. Pour reproduire un tissu fonctionnel identique à celui de patients, nous développons un protocole de culture dans un gel, en 3D », poursuit Jean-Baptiste Dupont. À terme, en poussant le plus loin possible le développement cellulaire au sein de ces cultures, il espère obtenir de véritables organoïdes, des mini-muscles conçus in vitro qui reproduiraient fidèlement la structure et le fonctionnement d’un muscle humain.

Un potentiel formidable
Ces modèles permettront plusieurs avancées, et en premier lieu de mieux comprendre la physiopathologie des maladies musculaires. « Actuellement, nous séquençons les ARN produits au cœur des cellules musculaires malades. Nous collaborons avec une start-up qui utilise des outils bioinformatiques très sophistiqués pour analyser ces données et nous indiquer les réseaux de gènes dérégulés. Nous devrions en apprendre beaucoup sur les mécanismes moléculaires de la myopathie de Duchenne », illustre le chercheur. Ces modèles serviront également à tester l’efficacité de thérapies géniques et d’autres traitements. Ils permettront d’observer précisément les corrections moléculaires que ces approches produisent.
Les cellules iPS utilisées par l’équipe proviennent de lignées issues de patients atteints de myopathie de Duchenne, générées à Seattle où le chercheur a réalisé son premier post-doctorat. Les mutations qu’elles portent et le profil clinique des malades sont bien caractérisés, ce qui facilite l’interprétation des résultats. Jean-Baptiste Dupont souhaite par la suite développer des modèles équivalents pour étudier d’autres types de maladies musculaires : la sarcopénie, qui correspond à une fonte musculaire liée à l’âge, ou la cachexie, une dégénérescence musculaire liée à certaines maladies chroniques, notamment le cancer.

Un parcours sans faute
L’intérêt du chercheur pour ce domaine n’est pas neuf et s’est construit au fil de son parcours : il a préparé une thèse qui portait sur la thérapie génique à Nantes, puis il a réalisé deux stages post-doctoraux sur les cellules iPS, le premier à l’Institute for Stem Cell and Regenerative Medicine de l’université de Washington à Seattle, et le second à l’Institut des cellules souches pour le traitement et l’étude des maladies monogéniques (I‑Stem, unité Inserm 861) à Evry. De quoi apporter de nouvelles compétences à Nantes où il est finalement revenu ! Son équipe bénéficie d’une visibilité financière de trois ans, mais soucieux d’aller loin, il est déjà reparti à la recherche de budgets supplémentaires en répondant à différents appels d’offres.

Note :
*unité 1089 Inserm/Nantes Université, Thérapie génique translationnelle des maladies génétiques

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Pathologie tau dans la maladie d'Alzheimer : une nouvelle cible


Des chercheurs de l'Université Paris-Est Créteil et du CEA-Jacob décrivent, dans un nouveau modèle cellulaire, le déclenchement autonome de l'agrégation anormale de la protéine tau, suite à l'expression de l'enzyme sulfo-transférase HS3ST2, protéine impliquée dans la synthèse des héparanes sulfates.

Publié le 16 novembre 2022
 
Les maladies neurodégénératives sont caractérisées par une détérioration progressive des neurones, entraînant un dysfonctionnement du système nerveux et une perte graduelle des capacités cognitives et/ou motrices. Elles conduisent de manière caractéristique à la formation de lésions cérébrales, qui se traduisent par l'accumulation d'agrégats protéiques intra ou extra-cellulaires, précédant la dégénérescence neuronale.
Les agrégats formés par la protéine tau sont communs à la maladie d'Alzheimer et à d'autres tauopathies (démence fronto-temporale, dégénération cortico-basale, maladie de Pick, etc.). En condition pathologique, des sites additionnels aux sites physiologiques sont phosphorylés et la fonction de la protéine s'en trouve modifiée. Cette hyperphosphorylation favorise son agrégation et la formation d'oligomères, puis d'agrégats plus structurés : les enchevêtrements neurofibrillaires.
Les héparanes sulfates (HS), polysaccharides présents physiologiquement dans les membranes cellulaires et dans la matrice extracellulaire, ont été retrouvés associés aux lésions amyloïdes et tau observées dans les neurones de patients atteints de la maladie d'Alzheimer. Des travaux antérieurs avaient montré dans des modèles cellulaires et animaux de tauopathies que des formes spécifiques d'héparanes sulfates, les 3-O-sulfatés (3S-HS) produits par l'enzyme 3-O-sulfotransférase 2 (HS3ST2), sont directement impliqués dans la phosphorylation anormale de la protéine tau.
Dans la continuité de ces travaux et afin de mieux comprendre l'implication des héparanes sulfates dans l'évolution de la tauopathie, des chercheurs de l'Université Paris-Est Créteil en collaboration avec le CEA-Jacob ont développé un nouveau modèle cellulaire d'étude des tauopathies qui met en œuvre une ingénierie génétique utilisant les plasmides réplicatifs pEBV.

Ils ont travaillé avec la lignée cellulaire HEK293 dans laquelle ils ont fait exprimer à long terme, à l'aide d'épisomes réplicatifs de type pEBV, la protéine tau, en combinaison ou non avec l'enzyme sulfotransférase HS3ST2.

Dans ce nouveau modèle, les chercheurs ont mis en évidence le déclenchement autonome de l'agrégation anormale de la protéine tau sauvage (non mutée).Ils montrent que les héparanes sulfates (3S-HS) produits suite à l'activité de sulfatation de HS3ST2 ne restent pas seulement au niveau des membranes cellulaires, ils sont également internalisés et se retrouvent ainsi en contact avec la protéine tau. L'interaction entre les 3S-HS et la protéine tau entraîne la phosphorylation anormale de la protéine tau et la production d'oligomères de tau.
Cette étude devrait faciliter l'évaluation de nouveaux outils pharmacologiques ciblant l'interaction des héparanes sulfates avec les agrégats de tau, pour le traitement des tauopathies.

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Le rythme des divisions cellulaires est couplé à celui de l’horloge biologique interne

PUBLIÉ LE : 15/07/2014

TEMPS DE LECTURE : 3 MIN
*         ACTUALITÉ
Les divisions de nos cellules suivent le rythme de notre horloge biologique : les tissus qui se renouvellent régulièrement comme la moelle osseuse, la muqueuse intestinale ou les cellules de la peau, le font donc de façon orchestrée, sur 24 heures. Découvrir les molécules et les mécanismes impliqués dans ce couplage pourrait permettre de ralentir la progression tumorale en cas de cancer.
Le rythme des divisions cellulaires est calé sur celui de l’horloge biologique qui régule l’activité de nombreuses fonctions biologiques et comportements sur 24 heures. Une équipe Inserm*, associée à deux autres équipes européennes, vient d’en apporter la preuve en étudiant des fibroblastes de souris, des cellules qui se renouvellent régulièrement dans l’organisme. « Ce couplage avait déjà été démontré chez des organismes unicellulaires, comme des cyanobactéries, mais pas encore chez les mammifères. Voilà qui est fait ! », se réjouit Franck Delaunay, co-auteur des travaux.
Pour parvenir à cette démonstration, les auteurs ont travaillé in vitro sur des fibroblastes « uniques », c’est-à-dire séparés les uns des autres. Grâce à des molécules fluorescentes, ils y ont suivi l’expression d’un gène de l’horloge biologique et de deux marqueurs de phases du cycle cellulaire. Cette technique leur a permis de visualiser conjointement l’activité oscillante de l’horloge biologique et l’avancée des divisions cellulaires. Et les résultats sont indiscutables : « les deux phénomène sont totalement couplés », indique Franck Delaunay. Mais la démonstration ne s’arrête pas là.

Un rythme synchronisé sur 24 heures
Chaque cellule d’un organisme possède une horloge biologique interne régulée par quelques gènes. Cette horloge est elle-même en permanence resynchronisée par une horloge centrale située au niveau du cerveau. La resynchronisation s’opère via des hormones et d’autres signaux. L’ensemble de ce système impose à l’organisme un rythme circadien, calé sur une période d’environ24 heures, qui régule le système veille/sommeil, la température corporelle, la pression artérielle, la production d’hormones, les capacités cognitives, l’humeur et bien d’autres fonctions ou comportements.
Les chercheurs ont donc poursuivi leur étude afin de savoir si le cycle cellulaire pouvait être influencé par la synchronisation imposée par l’horloge centrale. Pour cela, ils ont utilisé une hormone synthétique, la déxamethasone, qui mime l’effet d’une hormone naturelle en favorisant la synchronisation des horloges entre elles. « Le fait d’ajouter cette hormone a permis de replacer nos cellules isolées dans un contexte de resynchronisation tel qu’il se produit dans un organisme entier », explique le chercheur. Et là encore, les scientifiques ont observé un couplage entre le nouveau rythme biologique imposé aux cellules et leurs divisions : « Le régime du couplage a changé pour s’adapter au nouveau rythme biologique induit par l’hormone », précise Franck Delaunay.

Des applications possibles en cancérologie
« L’idée est maintenant de savoir si le couplage entre rythme biologique et cycle cellulaire est perturbé en cas de prolifération incontrôlée des cellules, en particulier en cas de cancer. Si la réponse est oui, agir sur cette dynamique pourrait permettre de restaurer un meilleur contrôle des divisions. Pour y parvenir, nous devons découvrir les supports moléculaires de ce couplage, puis identifier de potentielles cibles thérapeutiques », conclut le chercheur.

Note
*unité 1091 Inserm / CNRS / Université de Nice Sophia Antipolis, Institut de biologie Valrose, Nice

Source
C Feillet et coll. Phase locking and multiple oscillating attractors for the coupled mammalian clock and cell cycle. Proc Natl Acad Sci USA, édition en ligne du 23 juin 2014

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Un test olfactif révèle l’état de conscience de patients victimes d’une lésion cérébrale

Par Elena Sender le 08.06.2020 à 09h00
Lecture 3 min.

Une étude montre comment les odeurs peuvent aider à mesurer le niveau de conscience de patients victimes d’une lésion cérébrale grave et ainsi leurs chances de rétablissement.


Cet article est issu du magazine Sciences et Avenir n°880 daté juin 2020, "Covid-19 : ce dont on est sûr et ce qu'il reste à découvrir".

La capacité à distinguer les odeurs prédirait le rétablissement des patients en état altéré de conscience. Telle est la conclusion d’une nouvelle étude signée par l’équipe d’Anat Arzi, chercheuse au département de psychologie de l’université de Cambridge (Royaume-Uni) avec l’Institut des sciences Weizmann et l’Hôpital de rééducation Loewenstein (Israël).

Un test olfactif avec 43 personnes victimes d’une lésion cérébrale grave
"Pendant ma thèse nous avons découvert que la réponse olfactive - c’est-à-dire le changement du flux nasal selon le type d’odeur, plaisante ou déplaisante - était visible même pendant le sommeil, en dépit du manque d’éveil conscient, raconte Anat Arzi. Nous nous sommes donc demandé ce qui se passe dans les autres états de conscience altérée." Pour répondre à la question, la chercheuse a fait passer un test olfactif à 43 personnes victimes d’une lésion cérébrale grave. Certaines étaient en état d’éveil non-répondant (anciennement dit végétatif : yeux ouverts, pas de conscience de l’environnement) et d’autres en état de conscience minimale (éveillés, conscience fluctuante). Différents récipients contenant une odeur agréable (shampoing), désagréable (poisson pourri) ou neutre ont été placés placés sous leur nez. Leur flux nasal était alors mesuré grâce à une canule insérée dans l’appendice. Réitéré durant plusieurs semaines, ce test a été suivi d’examens standards de conscience (stimulations, IRM fonctionnel, électroencéphalogramme…). Observation : chez certains patients, le flux nasal varie en fonction des bonnes ou mauvaises odeurs (discrimination olfactive), chez d’autres, non. Mais 100 % de ceux dont le flux nasal a varié ont vu leur état de conscience s’améliorer avec le temps. Et plus de 91 % ont survécu plus de trois ans après leur blessure. A contrario, 63 % des sujets qui n’ont pas discriminé les odeurs sont décédés. Il semblerait donc, selon les auteurs, qu’une bonne réponse olfactive indique un niveau de conscience probable, alors que les autres signes peuvent être absents.

Une autre façon de tester le cerveau
"C’est une très belle étude, commente le professeur Steven Laureys, fondateur du Coma Science Group au CHU de Liège (Belgique). Les tests standards permettent de rechercher plutôt l’activité du thalamus, par lesquels passent tous nos sens, sauf l’olfaction, qui dépend directement du cortex orbitofrontal. C’est donc une autre façon de tester le cerveau." Reste à savoir comment utiliser cette découverte. " La précision du “test du snif” est remarquable, note Anat Arzi. Nous envisageons maintenant un examen très simple au chevet du malade, qui pourrait aider à la détection de la conscience chez les patients blessés. " Le professeur Laureys, lui, tempère. "L’équipe de l’Institut Weizmann est connue pour sa très grande maîtrise de ce type de mesures. Il faudrait s’assurer qu’elles sont reproductibles par tous dans des situations cliniques routinières."

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