Laboratoire de maladies neurodégénératives : mécanismes, thérapies, imagerie

De nombreuses maladies dégénératives sont liées au mauvais repliement de protéines et au dépôt d'amyloïdes dans les tissus affectés. Nous (Copic) avons montré que la protéine PLIN4 se lie de manière spécifique et stable à la surface des gouttelettes lipidiques (LD), organelles essentielles au maintien de l'homéostasie des lipides, grâce à une hélice amphipathique (AH) extrêmement longue et répétitive qui régule la taille des LD. Récemment, une expansion répétée dans PLIN4 a été identifiée chez plusieurs familles souffrant d'une myopathie vacuolaire distale qui entraîne une perte de la fonction musculaire squelettique. Cette expansion entraîne une augmentation de la longueur de l'AH de Plin4 dans une région que nous avons montré être fortement amyloidogénique (Copic, Bousset). Cette découverte suggére que la formation d'amyloïdes PLIN4 pourrait être la cause de cette maladie. L'objectif de notre travail est d'étudier les transitions structurales de la Plin4 entre sa forme liée aux LD et sa forme amyloïde et de comprendre l'influence des LD sur la formation des fibrilles. Nous utiliserons la cryo-EM (Bousset) et l'AFM pour analyser la diversité structurelle des fibrilles de Plin4 formées dans différentes conditions, ainsi que la structure des assemblages de Plin4 sur des surfaces lipidiques. Nous évaluerons comment la séquence répétée de Plin4 et les surfaces lipidiques influencent la formation d'amyloïdes in vitro avec des protéines purifiées et des LDs artificielles. Nous utiliserons la levure de boulanger comme modèle pour évaluer comment la composition lipidique cellulaire et les voies de contrôle de qualité des protéines influencent l'agrégation de Plin4 (Albanèse). Nous étudierons comment l'expansion de Plin4 influence sa fonction dans des modèles cellulaires de mammifère. Enfin en utilisant la drosophile (Tsai), nous étudierons pourquoi, avec le vieillissement, l'expansion de Plin4 affecte le tissu musculaire mais pas le tissu adipeux, et si les effets toxiques de la forme étendue de Plin4 peuvent être améliorés par le régime alimentaire.

La maladie d'Alzheimer (MA) constitue un fardeau social et économique croissant pour lequel aucune thérapie efficace n'est disponible, appelant à une meilleure compréhension des processus physiopathologiques conduisant à la maladie. La MA est caractérisée par la présence d’agrégats mal repliés de peptides amyloïdes (Aß) et de protéines Tau, responsables d’une tauopathie qui corrèle avec les symptômes cognitifs. Le mauvais repliement de Tau se propage de cellule en cellule via les connexions neuronales par un mécanisme de type prion. Les mécanismes exacts conduisant à l'agrégation et propagation de Tau ne sont pas entièrement décryptés. Les héparanes-sulfate (HS), composants des protéoglycanes à HS (HSPG), sont des récepteurs cellulaires pour les espèces nucléantes de tau. Dans les neurones, les HS portent une 3-O-sulfatation spécifique (n3S-HS) introduite par les 3-O-sulfotransférases neuronales (HS3ST), en particulier HS3ST2. Dans la MA, les n3S-HS s'accumulent fortement à l'intérieur des neurones affectés par la tauopathie, suggérant un rôle dans l'agrégation de Tau. Notre première hypothèse suppose que les n3S-HS agissent comme récepteurs des espèces nucléantes de Tau et comme modulateurs intracellulaires de son agrégation. Notre deuxième hypothèse est que des analogues d’HS entrant en compétition avec les n3S-HS pourraient atténuer la pathologie tau in vivo. Nous éluciderons les mécanismes cellulaires par lesquels les n3S-HS modulent la propagation et agrégation de Tau. Nous évaluerons l'impact de la déplétion de Hs3st2 dans un modèle murin d’induction de la MA par injection d’extraits de cerveaux de patients. Nous évaluerons l’effet de molécules compétitrices de n3S-HS, FP6 et énoxaparine, sur l'agrégation et la propagation de tau dans les modèles murins de MA. HeparAlz fournira de nouvelles connaissances inestimables sur la propagation transcellulaire de Tau et ouvrira de nouvelles perspectives et stratégies en termes de développements thérapeutiques.

Le contrôle local du débit sanguin cérébral (DSC) et du métabolisme par l'activité neuronale est essentiel au fonctionnement du cerveau. Ces couplages neurovasculaire et neurométabolique (CNV/CNM) assurent l'homéostasie cérébrale du glucose et entraînent une montée transitoire du lactate extracellulaire. En conditions physiologiques, l'utilisation du lactate par les neurones, qui peut être produit par les astrocytes ou apporté par le sang après un exercice physique, favorise les CNV/CNM, l'apprentissage et la mémoire. Cependant, l'excès de lactate peut être délétère puisque son utilisation par les neurones est responsable d'activités épileptiformes qui sont associées à une diminution du DSC. Nous avons récemment montré que le lactate consommé par les neurones corticaux augmente leur activité via une fermeture de canaux potassiques sensibles à l'ATP. Nos données préliminaires ont également révélé que les cellules pyramidales, des acteurs pivots des CNV/CNM, provoquent une vasodilatation ou une vasoconstriction lorsqu'elles déchargent à des fréquences modérées ou élevées, respectivement. Ces observations suggèrent qu'une activité neuronale modérée augmenterait le DSC et l'apport de lactate, tandis que des niveaux élevés de lactate et/ou une activité neuronale intense exerceraient un contrôle négatif du DSC de manière à restreindre l'apport de métabolites énergétiques et à atténuer l'hyperactivité du réseau cortical. Ainsi, sur la base de nos travaux préliminaires et des connaissances actuelles, nous émettons l'hypothèse que le lactate peut moduler le CNV en fonction de l'activité neuronale et du contexte métabolique : à des niveaux d'activité modérée, le lactate promouvrait la vasodilatation, l'apprentissage et la mémoire, mais à des niveaux élevés, il favoriserait la vasoconstriction pour exercer un rétrocontrôle sur l'approvisionnement énergétique et l'activité du réseau. Pour explorer cette hypothèse, notre projet vise à : 1) Étudier les mécanismes moléculaires qui sous-tendent la régulation du CNV par le lactate 2) Déterminer l'effet du lactate systémique sur le rétrocontrôle du CNV 3) Évaluer la contribution du lactate astrocytaire local à la régulation du CNV 4) Étudier l'impact d'une augmentation du lactate systémique et/ou cérébral sur l'apprentissage et la mémoire. En examinant la contribution relative des neurones, des astrocytes et des vaisseaux sanguins à l'apport énergétique et en combinant des approches ex vivo et in vivo, MetaTuNe fournira une vision globale de la régulation métabolique du DSC dépendant de l'activité neuronale et contribuera ainsi à déchiffrer précisément l'impact fonctionnel des CNV/CNM sur l'apprentissage et la mémoire. En utilisant des approches complémentaires ex vivo et in vivo combinant de l'imagerie multimodale avec des manipulations optogénétiques polychromatiques et pharmacologiques ainsi que des tests comportementaux, nous pensons que ce projet permettra de mieux comprendre la coordination des CNV/CNM et son importance dans l'apprentissage et la mémoire. De plus, les CNV/CNM étant la base physiologique de l'imagerie fonctionnelle, MetaTuNe contribuera également à une meilleure interprétation des signaux d'imagerie cérébrale. Ce projet pourrait également conduire à l'identification de biomarqueurs diagnostiques et à définir des protocoles thérapeutiques personnalisés. A long terme, MetaTuNe pourrait ainsi favoriser l'ajustement du mode de vie (e.g. activité physique) adapté à des troubles neurologiques tels que l'épilepsie, la maladie d'Alzheimer ou la migraine, dans lesquels les altérations neuro-glio-vasculaires et métaboliques se chevauchent, et contribuer ainsi à une médecine personnalisée.

Le contrôle du métabolisme énergétique cérébral et la régulation de l'activité synaptique par la gliotransmission sont deux processus importants par lesquels les astrocytes contribuent aux fonctions mentales. Cependant, les liens fonctionnels et moléculaires potentiels entre ces deux processus dépendants des astrocytes ont été peu explorés jusqu'à présent. Ainsi, en exploitant la capacité des récepteurs cannabinoïdes de type 1 (CB1R) à moduler à la fois le métabolisme énergétique des astrocytes et la gliotransmission, CaMeLS a pour objectif ambitieux d'explorer l'interaction entre les propriétés métaboliques et la signalisation des astrocytes. Nos résultats préliminaires montrent que l'activation à court terme du CB1R astrocytaire entraîne une accumulation rapide de lactate, qui contrôle la disponibilité de la D-sérine synaptique et l'activité des NMDAR, favorisant ainsi les fonctions cognitives. Ces données établissent de nouveaux liens fonctionnels entre le métabolisme du lactate et la D-sérine, qui sont nécessaires au bon fonctionnement des neurones. Cependant, les mécanismes qui sous-tendent cette cascade et ses conséquences fonctionnelles restent à décrire. Pour atteindre cet objectif général, CaMeLS fusionnera l'expertise complémentaire de trois groupes qui étudient différents aspects des fonctions astrocytaires. Ensemble, ils adopteront une approche intégrée pour étudier les fondements moléculaires, cellulaires et comportementaux qui relient l'activation physiologique du CB1R astrocytaire au métabolisme du lactate cérébral, à la signalisation synaptique et à la fonction cognitive chez la souris. En révélant des mécanismes cérébraux fondamentaux, les résultats de CaMeLS ouvriront probablement aussi la voie à de nouveaux concepts thérapeutiques pour le traitement des troubles cérébraux impliquant des fonctions astrocytaires et métaboliques altérées.

La maladie d'Alzheimer est liée à l'accumulation cérébrale de peptides amyloïdes-? (A?) agrégés qui initient une cascade pathologique conduisant à l'agrégation de protéines tau et à leur propagation ainsi qu’à des altérations synaptiques. La microglie est désormais établie comme un régulateur clé de la pathologie Alzheimer, mais la nature des interactions entre les modifications microgliales et la physiopathologie de la maladie d'Alzheimer n'est toujours pas claire. Ces liens ont été principalement établis dans des modèles rongeurs alors que la réaction microgliale est différente entre les rongeurs et les primates. Nous avons induit des pathologies A?/tau ainsi que des altérations cognitives chez un primate (Microcebus murinus) après infusion intracérébrale d'extraits de cerveaux de patients Alzheimer. Notre hypothèse de travail est que l'évaluation des changements microgliaux en réaction à la pathologie Alzheimer induite chez ce primate fournira de nouvelles connaissances inestimables avec un fort potentiel translationnel vers de futures stratégies thérapeutiques contre la maladie d'Alzheimer. Le consortium PrimAlz concentre des expertises dans le domaine des microglies, de la physiopathologie de la maladie d'Alzheimer et des modèles primates de maladies neurodégénératives pour répondre à deux objectifs. 1. Phénotyper la microglie au cours du vieillissement et de la pathologie d'Alzheimer induite chez un primate y compris par des approches transcriptomiques. 2. Évaluer l'impact d'un traitement qui bloque la prolifération des microglies et modifie le profil inflammatoire microglial en un phénotype anti-inflammatoire. La capacité de limiter l’activation microgliale permettra d'évaluer les relations entre les changements de la microglie et la physiopathologie de la maladie d'Alzheimer. Globalement, ce projet permettra de mieux comprendre la physiopathologie de la maladie d'Alzheimer.

L'activation de la microglie joue un rôle crucial dans la maladie d'Alzheimer, comme le démontre la quantité croissante de facteurs de susceptibilité génétiques identifiés qui sont spécifiquement exprimés par ces cellules. Plusieurs études suggèrent de plus que les plaques amyloïdes induisent un phénotype microgliale qui concoure à la progression de la tauopathie dans le cerveau des patients. Les données récentes suggèrent que, stimulée en permanence par l’accumulation intracérébrale de peptide Aß, la microglie ne serait à un certain stade plus en mesure de nettoyer les espèces pathologiques de Tau excrétées par les neurones atteints, entrainant ainsi une propagation de la tauopathie. Nous avons montré qu’une activation microgliale transitoire laisse une empreinte durable sur le phénotype de ces cellules. Nous faisons l’hypothèse que ces modifications pourraient accélérer la sénescence microgliale, favorisant ainsi plus tard l'émergence des maladies neurodégénératives. Pour explorer cette hypothèse dans le projet PriMicro, nous utiliserons un modèle de neuroinflammation transitoire que nous avons développé et qui induit une activation à long terme de la microglie vers un phénotype plus phagocytaire. Ce modèle d'amorçage de la microglie sera appliqué à plusieurs modèles de tauopathie afin d'en observer les conséquences sur cette composante de la maladie d'Alzheimer qui est fortement corrélée aux symptômes cognitifs affectant les patients. En premier lieu nous testerons son effet sur deux lignées transgéniques afin d'étudier son impact sur les déficits fonctionnels ainsi que sur les pertes synaptiques et la neurodégénérescence spécifiquement induit par la tauopathie dans deux contextes distincts. Pour évaluer les effets de l’amorçage de la microglie spécifiquement sur la tauopathie qui est à l’origine des déficits cognitifs atteignent les patients, nous utiliserons la lignée THY-Tau22 qui présente uniquement ce type de lésion. Les plaques séniles étant cependant toujours présentes dans le cerveau des patients, nous utiliserons également la lignée transgénique 3xTg qui est atteinte par les deux types de lésions. Ces deux lignées présentent des déficits cognitifs bien caractérisés ce qui nous permettra de déterminer si un amorçage de la microglie par un épisode inflammatoire transitoire avant l’apparition de la pathologie accélère ensuite la survenue des symptômes. Nous étudierons également l'impact de l'amorçage de la microglie sur la propagation des espèces toxiques de Tau. Nous utiliserons pour cela un modèle de tauopathie focal induit par transfert de gène AAV que nous avons mis au point. Ce paradigme expérimental sera implémenté dans des souris AAP-PS1dE9, afin de se placer dans le contexte amyloïde. Plusieurs études récentes suggèrent en effet fortement que ce contexte est nécessaire pour induire la propagation de la tauopathie entre neurones connectés. Nous mettrons en œuvre des expériences comportementales in vivo sur la souris, de l'histologie quantitative, de la cytométrie en flux et des méthodes de RNAseq. Cela nous permettra de déterminer si un épisode neuroinflammatoire préalable favorise et aggrave une tauopathie survenant plus tardivement et d'identifier les voies de signalisation microgliale impliquée dans la propagation des espèces pathologiques de Tau qui représenteront des nouvelles cibles thérapeutiques de choix.

Les troubles cognitifs et la démence sont les sources d'incapacité et de dépendance liées à l'âge les plus courantes et représentent un énorme fardeau sociétal. Des stratégies préventives et thérapeutiques capables de réduire le risque de ces maladies auraient un impact considérable sur la santé publique. Des perturbations du métabolisme cérébral sont décelées des décennies avant l'apparition des déficits de mémoire, mais on ne sait pas encore comment elles contribuent aux défauts cognitifs. Nos connaissances sur l'interaction entre le métabolisme énergétique et la formation de la mémoire restent si limitées que très peu d'essais cliniques ciblant le métabolisme ont été conçus jusqu'à présent, en particulier dans le contexte de la maladie d’Alzheimer. Notre consortium composé de trois neurobiologistes travaillant avec différents modèles expérimentaux et d'une épidémiologiste, envisage de soumettre un projet à l'appel ERC-Synergy. En déchiffrant les mécanismes « métaboliques » responsables du vieillissement cognitif et des maladies neurodégénératives telles que la maladie d'Alzheimer, l'ambition globale du projet est de faire la lumière sur de nouvelles voies métaboliques en se concentrant sur les interactions neurones-glies. Nous pensons ainsi que la prise en compte de la biologie gliale dans les mécanismes cellulaires de l'apprentissage et de la mémoire représente un changement de paradigme important dans le domaine qui peut fournir de nouvelles pistes de recherche pour aider à résoudre des questions essentielles à la fois dans le cerveau sain et malade. Cibler ces voies métaboliques avec des interventions spécifiques augmenterait considérablement les chances de réussite de la prévention. Cela ouvrira de nouveaux horizons pour le développement de stratégies préventives et thérapeutiques efficaces pour traiter les différentes formes de démence.

De nombreuses pathologies humaines incluant les maladies neurodégénératives sont caractérisées par des dysfonctionnements mitochondriaux. Hormis son rôle bien connu dans le métabolisme énergétique, la mitochondrie est également un organite central dans le métabolisme du fer, constituant le siège de la biogenèse de l’hème et des centres fer-soufre, deux co-facteurs essentiels pour de nombreux processus cellulaires. Le fer est un élément vital pour les cellules mais qui devient toxique lorsqu’il s’accumule car il génère un fort stress oxydant causant la mort cellulaire par un mécanisme appelé ferroptose. L’étude de ce type de mort cellulaire constitue actuellement un champ de recherche très dynamique, porteur d’espoir pour le traitement des cancers et des maladies neurodégénératives. Le projet FeMiSid vise à mieux comprendre le rôle des sidéroflexines (SFXN) dans la régulation du métabolisme du fer. Les SFXN forment une famille de transporteurs mitochondriaux, dont les fonctions restent mal comprises. Bien que les SFXN soient peu étudiées et caractérisées, leur conservation chez les eucaryotes laisse entrevoir une fonction essentielle au niveau de la mitochondrie. Cette hypothèse est confortée par la mise en évidence de mutations perte de fonction de SFXN4 responsables du syndrome COXPD18, une maladie mitochondriale rare. Des études récentes rapportent que les SFXN régulent le métabolisme du fer mais les mécanismes moléculaires impliqués restent à élucider. Nous nous intéressons plus particulièrement à SFXN1, décrite récemment comme le transporteur mitochondrial de la sérine, la reliant au métabolisme des radicaux monocarbonés, dont la perturbation favorise l’hyper-prolifération des cellules cancéreuses et peut affecter la physiologie neuronale. Tandis que des dérégulations de SFXN1 et SFXN3 ont été associées aux maladies d’Alzheimer et de Parkinson, leurs rôles dans la physiologie neuronale et les maladies neurodégénératives restent à prouver. Sachant que les activités mitochondriales sont perturbées lors de la neurodégénérescence et qu’une accumulation de fer et la mort des neurones par ferroptose ont été observées dans certaines maladies neurodégénératives, les objectifs principaux de ce projet sont de comprendre le rôle de SFXN1 dans : 1) la régulation du métabolisme du fer ; 2) la modulation de la biosynthèse de l’hème et des complexes fer-soufre ; 3) la réponse à un stress oxydant et à la mise en place de la ferroptose ; 3) la physiologie neuronale et la neurodégénérescence. Pour mener à bien ce programme, un consortium d’experts de la physiologie mitochondriale a été formé, ce qui a déjà permis de générer des outils et des résultats préliminaires à l’aide de modèles cellulaires (cellules humaines et de levures) et d’organismes modèles (drosophile et rongeurs), donnant des fondations solides au projet FeMiSid. Ce projet exploitera ainsi simultanément ces différents modèles, tirant parti de la moindre complexité génique de la levure et de la drosophile (possédant respectivement un et deux gènes SFXN) et de l’existence de modèles d’étude des maladies neurodégénératives chez la drosophile et les rongeurs. Basé sur une méthodologie ambitieuse ciblant les niveaux moléculaires, cellulaires et jusqu’à l’organisme entier et exploitant quatres modèles complémentaires (levure, drosophile, rongeurs, cellules humaines), le projet FeMiSid devrait permettre des avancées majeures sur le rôle physiopathologique des mitochondries. Les résultats escomptés de FeMiSid auront des retombées dans plusieurs domaines scientifiques, compte-tenu de la diversité des pathologies humaines associées à des altérations mitochondriales. En particulier, ce programme pourra permettre de progresser dans notre compréhension des mécanismes moléculaires impliqués dans les maladies d’Alzheimer et de Parkinson et d’envisager de nouvelles voies thérapeutiques pour ces maladies qui représentent actuellement un enjeu majeur de santé publique.

Les prions sont des pathogènes neurotropes présentant un risque majeur pour la santé en raison de leur potentiel zoonotique et iatrogène. Les mécanismes de réplication et de dissémination du prion, qui s’appuient uniquement sur le mépliement et l’agrégation auto-entretenue de la protéine prion de l’hôte restent peu décrits. Notre objectif est de modéliser ces processus en se basant sur les avancées récentes selon lesquelles les agrégats de prions sont structuralement hétérogènes et dynamiques et non uniformes et statiques. Nous cartographierons de manière spatiotemporelle dans un cerveau infecté la diversification structurelle des assemblages prion en relation avec leur activité biologique et leur toxicité afin de construire un modèle mathématique multi-échelle de diversification du prion et de propagation des lésions. Ce modèle en libre accès sera capable de prédire la progression de la maladie et d'identifier des processus élémentaires clés pour la thérapie et le diagnostic précoce.

Les synucléinopathies englobent notamment la maladie de Parkinson, la démence à corps de Lewy et l’atrophie multi-systématisée (MSA). Ces maladies se caractérisent par une accumulation d’agrégats protéiques enrichis en alpha-synucléine (asyn) agrégée sous forme fibrillaire dans le cerveau des patients. Au cours du temps, les inclusions d’asyn progressent dans le cerveau suivant un chemin stéréotypé. Cependant, les populations cellulaires et les régions cérébrales affectées ainsi que la progression spatiale des inclusions au fil du temps diffèrent suivant les synucléinopathies. L’asyn joue un rôle clé dans les synucléinopathies. L’asyn pathologique se propage à la manière de prions dans le cerveau, un mécanisme sous-tendant (au moins partiellement) la progression spatiale des agrégats d’asyn au fil du temps. Toutefois, nous ignorons comment la même protéine, via un processus de propagation identique, peut affecter différentes populations cellulaires et conduire à des maladies avec des manifestations cliniques et des lésions histopathologiques distincts. Ainsi, les mécanismes responsables de la propagation sélective des agrégats d’asyn à différentes populations cellulaires restent incompris. De plus, les oligodendrocytes sont spécifiquement affectés dans la MSA. Ils n’expriment pourtant pas ou très peu d’asyn. Nous ignorons donc d’où provient l’asyn qui contribue à la formation des inclusions cytoplasmiques oligodendrogliales dans la MSA. L’asyn fibrillaire existe sous différentes conformations capables de transmettre leurs caractéristiques aux protéines d’asyn nouvellement recrutées, constituant ainsi des souches transmissibles. In vivo, ces souches induisent la formation de divers types d’inclusions se propageant différemment dans le cerveau en fonction de leur conformation. Ainsi, ces souches pourraient contribuer à l’hétérogénéité des synucléinopathies. Il est important de souligner que les fibres d’asyn interagissent avec les protéines présentes à la membrane des cellules et dans leur cytosol lors de leur internalisation et leur propagation. Ces interactions jouent un rôle crucial dans l’internalisation et l’amplification des fibres dans la cellule hôte. Avec leurs différentes conformations, les souches d’asyn exposent au solvant et à leur environnement protéique différents résidus. Ainsi, les souches d’asyn possèdent des interactomes protéiques distincts qui affectent la propagation de type prion de manière différente suivant les populations cellulaires concernées. Enfin, il est certain que le quantité d’asyn disponible dans le cytoplasme de la cellule hôte est cruciale pour l’amplification des souches. Par conséquent, nous pensons que le tropisme et la sélectivité des agrégats d’asyn pour différentes populations cellulaires dans les synucléinopathies sont dus à des interactions souches-spécifiques avec des protéines membranaires et cytosoliques, et dépendent de la disponibilité de l’asyn monomérique pour son recrutement. Pour explorer ces hypothèses, nous identifierons les partenaires protéiques souches-spécifiques impliqués dans la propagation de l’asyn pathologique dans différentes populations neuronales et oligodendrogliales. Nous déterminerons ensuite le rôle exact de ces partenaires protéiques dans la propagation des souches d’asyn en culture cellulaire et in vivo. De plus, nous identifierons l’origine de l’asyn formant les inclusions cytoplasmiques oligodendrogliales, et déterminerons si des sous-populations oligodendrogliales sont plus susceptibles de développer des inclusions et pour quelle raison. Notre travail permettra d’identifier les partenaires protéiques pouvant être modulés afin de réduire ou bloquer l’internalisation et l’amplification de l’asyn pathologique. A terme, nos résultats conduiront vers de nouvelles stratégies thérapeutiques pouvant s’adapter au patient en fonction des synucléinopathies afin de réduire la propagation des agrégats d’asyn et leurs conséquences délétères.

La maladie d’Alzheimer (MA) est une maladie neurodégénérative encore incurable, apparaissant sous une forme silencieuse bien avant les premières démences. Identifier un biomarqueur-cible précoce pourrait ouvrir la voie à l’identification de nouvelles fenêtres thérapeutiques et/ou au développement de traitements préventifs. Parmi les évènements susceptibles de sous-tendre précocement l’apparition de la MA, la neuroinflammation est un candidat sérieux. Nous avons récemment identifié un nouvel axe de régulation neuroinflammatoire sous le contrôle de la Transgelin 3 (TAGLN3). Nos données in vitro ont ainsi pu montrer que TAGLN3 est une protéine significativement sous-exprimée dans des astrocytes humains porteurs du facteur de risque génétique APOE4. Nos travaux ont ainsi mis en évidence que la sous-expression de TALGN3 dans les astrocytes est sous-jacente à la mise en place de dysfonctionnements inflammatoires importants tels qu’une inflammation chronique de bas grade et une exacerbation des réponses inflammatoires. Par ailleurs, une sous-expression de TAGLN3 a également été confirmée dans des échantillons de cerveaux de patients diagnostiqués pour la MA. Nos travaux ont aussi démontré que la modulation de TAGLN3 peut prévenir des mécanismes pro-inflammatoires pathogéniques dans les astrocytes. Ensemble, nos récentes données suggérent que cibler l’activation de TAGLN3 dans les astrocytes pourrait constituer une cible moléculaire et un type de cellule d’intérêt majeur dans le cadre de nouveaux développements pour des stratégies thérapeutiques anti-inflammatoires ciblées dans la MA. Suite à nos récentes découvertes, TAGLN3 apparait comme : 1) un possible biomarqueur précoce de dysfonctionnements inflammatoires sous-jacents la MA ; et 2) une cible thérapeutique pouvant agir sur des dysfonctionnements inflammatoires sous-jacents le développement/la progression de la MA. Ainsi, nous proposons un projet qui va s’articuler autour de trois sous-objectifs : i) évaluer le potentiel de TAGLN3 comme biomarqueur précoce de la MA ; ii) tester une approche de thérapie génique dans des modèles murins, en ciblant la Tagln3 astrocytaire; et iii) mettre en place une plateforme de criblage de molécules pour cribler et identifier des molécules stimulant l’expression de TAGLN3 dans des astrocytes humains. Pour atteindre ces ambitieux objectifs, notre projet va s’appuyer sur les expertises complémentaires de trois partenaires pour mener nos objectifs en parallèle. Ce projet va mettre en œuvre une méthode particulièrement sélective d’analyse en spectrométrie de masse sur des échantillons de patients (LCR, plasma) pour valider TAGLN3 comme un possible biomarqueur dans la MA. Par ailleurs, en s’appuyant sur des méthodes de transfert génique, nous allons chercher à moduler l’expression de la Tagln3 dans deux modèles de souris qui récapitulent certains des symptômes de la MA retrouvés chez l’homme. Cette stratégie de thérapie génique visera à établir une preuve de concept montrant que TAGLN3 peut être ciblée pour moduler la réactivité astrocytaire et prévenir/ralentir le développement de certains symptômes de la MA. Enfin, en nous appuyant sur notre expertise en matière de cellules reprogrammées à la pluripotence (iPS), nous allons établir une stratégie de criblage de molécules sur des astrocytes humains issus d’iPS pour cribler une librairie de molécules afin d’identifier des structures chimiques candidates capables de stimuler l’expression de TAGLN3. A la fin de ce projet, nous envisageons que TAGLN3 pourrait représenter une nouvelle cible de choix avec des usages multiples, diagnostiques et thérapeutiques, afin d’apporter de nouvelles possibilités dans la lutte contre la MA.

Le glucose est une source d’énergie importante pour toutes les cellules eukaryotes. Son métabolisme via la glycolyse et le cycle des acides tricarboxyliques couplé à la phosphorylation oxydative fourni les ATPs et les équivalents réducteurs nécessaires aux cellules pour accomplir leurs fonctions. A l’opposé, le lactate a été considéré comme un déchet du métabolisme, produit en conditions anaérobiques. Son apparition est considérée comme un signe de souffrance cellulaire (et tissulaire). Cependant, des données récentes montrent que le lactate peut être produit en conditions normales (aérobiques), et échangé entre différents types cellulaires pour être utilisé comme substrat oxydatif. Un concept de navette lactate a ainsi emergé, initialement proposé par Georges Brooks pour le muscle, et s’appliquant maintenant à d’autres tissus et organes, incluant le cerveau. Ainsi, les astrocytes, un type spécialisé de cellules gliales dans le système nerveux central, sont dotés de la capacité d’augmenter leur glycolyse aérobique en fonction du niveau d’activité synaptique (neuronale). Le lactate produit et libéré par les astrocytes dans ces conditions est capté et métabolisé par les neurones pour faire face à leurs besoins énergétiques élevés. Ce transfert métabolique inter-cellulaire a été décrit sous le nom de Navette Lactate Astrocyte-Neurone (ANLS en anglais). Depuis son introduction il y a 25 ans, ce concept a suscité de vives controverses. Malgré de nombreuses évidences en faveur de son existence, sa contribution dans des processus comme la transmission synaptique, l’activité des réseaux neuronaux ou les performances cognitives demeure incertaine. En parallèle, la nécessité du glucose comme substrat énergétique cérébral n’a jamais été remise en question. Bien au contraire, son implication semble essentiel dans certains processus neuronaux. Ainsi, deux hypothèses opposées (mais non mutuellement exclusives) ont vu le jour pour tenter d’expliquer comment les processus donnant lieu à la cognition sont soutenus énergétiquement : l’utilisation directe du glucose par les neurones et l’ANLS. L’ambition de notre projet est d’évaluer ces deux hypothèses dans un cadre identique. Nous nous focaliserons sur le système des vibrisses chez le rat, qui entraîne l'activation de l’aire corticale S1BF. Notre stratégie vise à utiliser des vecteurs viraux et des siRNAs validés pour réprimer l’expression des transporteurs au glucose (sur les neurones) et au lactate (sur les neurones ou les astrocytes). Des investigations électrophysiologiques sur tranches seront réalisées pour évaluer l’importance du glucose et du lactate astrocytaire dans la transmission synaptique et les mécanismes de plasticité. En parallèle, la spectroscopie par résonance magnétique nucléaire, l’imagerie de résonance magnétique (incluant une nouvelle technique de mesure du métabolisme oxydatif) et la tomographie à émission de positons vont être utilisés pour déterminer la part de chaque substrat dans les réponses métaboliques et hémodynamiques induites par une activation cérébrale. Enfin, leur rôle dans l’apprentissage et la mémoire sera déterminé par l’utilisation d’un nouveau test comportemental (une version texturée de la reconnaissance d’objet). Par cet ensemble d’explorations à différentes échelles dans le même système, nous espérons répondre à une intriguante question pour les biochimistes et autres scientifiques : Qu’est-ce qui alimente nos pensées ? La réponse à cette question n’est pas une simple curiosité mais a de nombreuses implications. Par exemple, selon les résultats, une réévaluation de l’interprétation des signaux d’imagerie cérébrale fonctionnelle s’imposera, puisque la plupart de ces techniques assument que les réponses métaboliques sont forcément un reflet de l’activité neuronale. Enfin, comme des altérations métaboliques ont été identifiées de manière précoce chez de nombreuses maladies neurologiques, de nouvelles stratégies thérapeutiques pourront être proposées.