Accueil > Sclérose Latérale Amyotrophique > Actualités en recherche > 23e Congrès international sur la SLA : Le résumé des travaux de recherche fondamentale, février 2013
La Fondation Thierry Latran remercie vivement Pierre-François Pradat et Hélène Blasco pour leurs articles permettant de nous informer sur les nouveautés tant en recherche clinique qu’en recherche fondamentale. Ces deux chercheurs ont présenté leurs travaux à ce congrès, signe du dynamisme des équipes de recherche en France. Après la partie recherche clinique, vous trouvez ci-dessous le
 

Résumé des travaux de recherche fondamentale

Par Hélène Blasco

Laboratoire de Biochimie et Biologie Moléculaire, CHRU de Tours,

UMR INSERM U930 « neurogénétique et neurométabolomique »,

Université François Rabelais, Tours

Les sessions de recherche fondamentale du 23e Congrès international sur la SLA ont réuni de nombreuses équipes de recherche prestigieuses, actives dans ce domaine et ont suscité des débats animés sur les nouvelles avancées scientifiques, souvent motivées par des technologies innovantes.

  • Les différents thèmes abordés ont été les suivants :
  • la dérégulation du métabolisme des ARN,
  • les mécanismes de stress cellulaire,
  • les avancées en génétique et génomique,
  • les différents modèles d’étude de SLA,
  • la vulnérabilité cellulaire sélective et caractéristique dans cette pathologie,
  • la caractérisation de modifications phénotypiques,
  • le rôle des cellules non neuronales dans la physiopathologie de la maladie
  • et enfin les modèles murins de SLA.

 

Nous n’aborderons dans ce compte rendu que quelques aspects et interventions particulièrement remarquées dans ce congrès. Nous évoquerons aussi quelques communications affichées, témoins de travaux de qualité en cours, particulièrement prometteurs.

1) La dérégulation du métabolisme des ARN : un aspect devenu central de la SLA

Les mécanismes physiopathologiques impliqués dans la SLA restent mal connus, mais de nombreuses études suggèrent entre autres le rôle du stress oxydant, d’un dysfonctionnement de la mitochondrie, d’une excitotoxicité du glutamate, ou encore d’agrégations protéiques. Récemment le concept de dérégulation du métabolisme des ARN a été évoqué. L’ARN ou acide ribonucléique est issu de la transcription de l’ADN et parmi les différents types d’ARN, on retrouve l’ARN dit messager (ARNm) qui est le support de l’information génétique pour la synthèse protéique (traduction) et les micro-ARN (miRNA) qui sont de courts ARN capables d’agir en régulateurs de la traduction. Ces miARN sont ainsi capables d’empêcher l’expression d’un gène. L’expression des gènes définit les mécanismes mis en œuvre pour passer de l’information génétique (séquence d’ADN) à un produit de gène fonctionnel (ARN ou protéine). Ainsi les miRNA peuvent aboutir in fine à l’absence de synthèse d’une protéine.

 

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Figure 1 : Résumé de synthèses des ARNm et mRNA et inhibition de la traduction par les miRNA

L’hypothèse d’altération du métabolisme de l’ARN a notamment été motivée par la découverte de mutations dans les gènes TDP-43 (TAR-DNA binding protein) et FUS (Fused in sarcoma/translocated in liposarcoma) chez les patients SLA. En effet, TDP-43 et FUS font partie des protéines dites RBPs (pour RNA-binding proteins) capables de se fixer à l’ARN et forment des inclusions dans le cytosol des neurones moteurs des personnes atteintes de SLA. La formation de ces inclusions jouerait un rôle régulateur de la stabilité de l’ARN, pouvant donc moduler l’épissage (mécanisme permettant à un ARN de supprimer les introns, parties non codantes pour donner l’ARN messager) ou la traduction par exemple. Le Dr Keller (Londres) a présenté ses travaux sur les RBPs (TDP-43, FUS et RGNEF (Rho guanine nucleotide exchange factor)) renforçant l’idée d’interactions entre ces acteurs protéiques. On retrouve dans ces inclusions  ces différentes protéines ensemble  et des marqueurs de la dégradation par le protéasome (complexe enzymatique multiprotéique de dégradation des protéines mal repliées). Ces travaux illustrent donc le concept d’altération du métabolisme de l’ARN, notamment de l’ARNm des neurofilaments comme phénomène central dans la physiopathologie de la SLA. Ces données font également le lien avec la description plus ancienne et bien documentée de la formation d’agrégats protéiques caractéristiques dans cette pathologie.

De nombreuses études ont pour objectif d’approfondir le rôle de FUS et TDP-43, voire même de trouver des voies ou cibles communes, en raison de la similarité des traits phénotypiques de la maladie en cas de mutations dans ces gènes. Parmi ces études, celle du Dr Lagier-Tourenne (USA) a souligné la convergence des voies de régulation par FUS et TDP-43 de certains transcrits avec des caractéristiques définies : gènes avec de longs introns (les introns sont des portions de gène non codantes) et codant des protéines indispensables au fonctionnement neuronal. Il a ainsi identifié un mécanisme commun de  perte de fonction qui serait donc un élément sous-jacent de la dégénérescence des motoneurones.

Devant ces arguments forts du rôle du métabolisme de l’ARN dans la SLA, une équipe américaine  (Dr Emde) s’est intéressée aux  miRNA dans la SLA. Le Dr Emde et son équipe ont caractérisé les miRNA dans la SLA sporadique et familiale, entre autres en étudiant l’expression de miRNA dans les motoneurones de patients SLA et les conséquences fonctionnelles de la perte d’activité des miRNA dans un modèle murin. Il a ainsi été montré l’implication de la dérégulation des miRNA  dans la dégénérescence des motoneurones spinaux et l’atrophie musculaire, donnant de potentielles perspectives thérapeutiques basées sur des molécules régulatrices de la maturation ou de l’activité de ces miRNA.

2) L’altération de  l’autophagie : un point clé dans la pathogénie  de la SLA

Parmi les mécanismes de mort cellulaire, on distingue l’apoptose et l’autophagie. L’une des hypothèses avancée depuis longtemps concernait principalement la dérégulation de l’apoptose, mécanisme de  mort cellulaire génétiquement programmée avec un déclenchement atypique de ce mécanisme trop précoce dans les motoneurones. L’autophagie a progressivement pris de l’importance dans la pathogénie de la SLA. C’est un mécanisme de dégradation d’une partie du cytosol de la cellule par ses lysosomes, organite cytosolique de digestion intracelullaire.

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Figure 2 : Mécanisme d’autophagie

L’autophagie joue un rôle important dans la croissance cellulaire, le développement et l’homéostasie de la cellule. Les fonctions physiologiques de l’autophagie concernent la dégradation des protéines anormales, le renouvellement des organites ou encore la réponse au stress cellulaire. L’implication d’une dérégulation de l’autophagie a été évoquée dans  la SLA, avec l’implication de protéines telles que TDP-43 et la superoxyde dismutase. Longtemps considéré comme un mécanisme non sélectif, le Dr Simonsen (Norvège) a évoqué le caractère sélectif de la dégradation par autophagie d’agrégats protéiques, impliquant la protéine de liaison à l’ubiquitine p62  et ALFY (autophagy-linked FYVE protein).

Une autre équipe (Dr Tokuda) a cherché à appréhender le rôle protecteur de l’autophagie dans les formes de SLA liées à la mutation du gène SOD1. Des études sur modèles murins ont mis en évidence que les souris SOD1 mutées ayant des capacités autophagiques diminuées vivaient moins longtemps, permettant ainsi de supposer le mécanisme d’autophagie comme protecteur, notamment par un effet régulateur de la dégradation des agrégats de SOD1 mutée. Des mutations du gène de l’ubiquiline (UBQLN2) ont été récemment identifiées dans des cas de SLA avec démence fronto-temporale (SLA-DFT). Les mécanismes délétères liés à ces anomalies impliqueraient la dégradation anormale des protéines par le système ubiquitine-protéasome. Pour rappel, le système ubiquitine-protéasome (UPS) est un système multi-enzymatique de dégradation protéique, associant une étape de marquage covalent (ubiquitylation) des protéines à dégrader par conjugaison d’une chaîne de poly-ubiquitine, et dégradation du substrat ubiquitinylé par le protéasome.

Une équipe américaine (Dr Fecto) a présenté  une étude d’exploration du rôle de l’UBQLN2 dans l’autophagie, en utilisant un modèle cellulaire de mutants UBQLN2 et des fibroblastes (cellules de peau) de patients SLA-DFT. Ces travaux ont monté que l’expression de mutants UBQLN2 conduit à une accumulation d’autophagosomes et de précurseurs d’autophagosomes ainsi que de protéines associées, signant donc un mécanisme d’autophagie délétère par manque de maturation d’autophagosomes en autolysosome. Ainsi les agrégats protéiques  toxiques  s’accumulent dépassant les systèmes d’autophagie et d’UPS.

L’autophagie est donc un mécanisme de catabolisme cellulaire qui joue un rôle clé dans la

pathogénie de la SLA, pouvant même devenir une cible thérapeutique de choix. 

3) Les nouveautés en génétique et génomique

C9ORF72 : une fonction toujours mystérieuse

 La découverte de l’expansion anormale d’un hexanucléotide (GGGGCC) dans le premier intron du gène C9ORF72 en 2011 a suscité l’intérêt de nombreuses équipes, qui se sont ainsi focalisées sur l’étude des fonctions de cette protéine et des conséquences de ces répétitions introniques anormales. Les régions introniques étant non codantes, elles ne se retrouvent pas dans les protéines et le rôle ainsi supposé de cette expansion serait une diminution de l’expression de l’ARN et/ou un effet toxique de l’ARN muté. La fréquence importante de patients SLA avec ou sans DFT ayant cette mutation (entre 24-46% des SLA familiales sans DFT à plus de 80% de formes familiales de SLA avec DFT) rendent incontournables l’étude de ce gène. L’une des équipes américaines à l’origine de la découverte de la mutation C9ORF72 (M Dejesus-Hernandez) a présenté ses résultats sur l’étude de la taille des répétions et l’évaluation de la stabilité de ces répétitions présentes dans différentes régions du cerveau (tels que le cortex frontal, temporal, pariétal,…) et différents tissus périphériques (tels que les cellules circulantes du sang, le coeur, le foie,…) chez des patients avec mutation C9ORF72. Etant donnée la lourdeur et la difficulté de ce type d’analyse, cette étude concerne peu de patients mais révèle une intéressante hétérogénéité dans la longueur des répétitions selon les tissus, révélant donc une instabilité somatique. Cette observation, et notamment la différence notable entre la taille des répétitions entre les cellules circulantes et le tissu cérébral nécessite d’être confirmée mais pourrait devenir un élément important dans l’interprétation de ces données tant au niveau diagnostique que de recherche. Le Dr Baker (USA) a également utilisé la technique de transcriptomique (étude de l’ensemble des ARNm produit lors de la transcription) pour étudier les conséquences de ces répétitions sur l’expression des gènes et l’épissage alternatif chez des patients FTLD (dégénérescence lobaire fronto-temporale, avec protéinopathie TDP-43), des patients avec et sans répétitions anormales de C9ORF72. Parmi les 347 gènes avec des niveaux d’expression différents entre les groupes, 40 sont des gènes impliquées dans les maladies neurodégénératives. Ces études globales dites « omiques » nécessitent confirmation en ciblant ces gènes par des études spécifiques. Une étude intéressante menée par une équipe anglaise (De Jones) a cherché à identifier si la région 9p21 était toujours associée à la SLA, après exclusion des patients mutés C9ORF72. Ils ont ainsi repris les analyses de génome complet (GWAS) et ont ainsi pu suggérer l’existence d’autres variations associées à la SLA dans cette région du chromosome 9, ce qui indique qu’il existerait encore des mutations cachées dans cette même région.

A notre connaissance, aucun modèle animal n’a encore été développé pour étudier C90RF72, seules des études sur cellules souches de patients avec mutation C9ORF72 ont été initiées, suggérant donc de nombreuses études fonctionnelles in vitro à venir.

La théorie oligogénique dans la SLA

La forte variabilité des manifestations cliniques de la maladie, ainsi que le fait de  pouvoir avoir le génotype à risque sans être malade (pénétrance incomplète) nous poussent à suggérer l’existence de différents facteurs de risque génétique pouvant intervenir en même temps. Ainsi, le Dr Van Es (Pays-bas), a évoqué cette théorie d’oligogénie dans la SLA, c’est-à-dire impliquant un petit nombre de gènes,  caractérisant donc un mode de transmission entre le mode mendélien (maladie liée à une modification d’un gène) et celui des maladies polygéniques (dues à réseaux de plusieurs gènes). Dans une grande cohorte de patients SLAFamilial, SLASporadique et de contrôles, il a analysé les gènes TDP-43, FUS, SOD1, ANG et C9ORF72, et a démontré que la présence de mutations multiples chez des patients SLAF est supérieure à la probabilité de retrouver ces mutations associées par hasard chez des patients SLAF. Ainsi, ces résultats apportant des arguments pour la théorie oligogénique dans la SLA, doivent être pris en compte dans le conseil génétique et les études de gènes candidats par analyse d’exome (analyse des exons : parties codantes du gène à l’origine de la protéine, communication du Dr Williams, Australie) ou de génome.

4) Quels modèles pour étudier la SLA ?

Les avancées dans la compréhension des mécanismes physiopathologiques impliquées dans la SLA imposent un modèle d’étude pertinent, associant facilité d’utilisation, reproductibilité dans l’utilisation de ce modèle et spécificité de la pathologie. Connaissant les limites des modèles animaux, de nombreuses équipes travaillent sur des modèles cellulaires, avec toujours la priorité de reproduire au maximum l’environnement du cerveau.  Cependant, il reste difficile de mimer la mort sélective des neurones moteurs avec des approches in vitro. 

Les modèles in vitro

Les nouvelles avancées technologiques et méthodologiques nous permettent de différencier efficacement des cellules souches embryonnaires (ES) en neurones moteurs. Ainsi, le Dr Thams (Royaume-Unis) a montré que la différentiation des cellules souches pouvait être programmée en différents sous types de neurones moteurs par l’intermédiaire de facteurs de transcription (facteurs nécessaires à l’initiation et à la régulation de la transcription).  Ces modèles ES/iPS (cellules souches pluripotentes induites)- neurones moteurs constituent l’avenir en terme de modèle cellulaire. Ils peuvent être le support d’études de mécanismes cellulaires et moléculaires de mort sélective des neurones moteurs mais peuvent aussi être utilisées pour cribler et tester des molécules protectrices des neurones moteurs. Ainsi, une autre équipe (Dr Soundararajan, USA) a utilisé cette technique de différentiation de neurones moteurs à partir de cellules souches issus de souris transgéniques TDP-43 et a observé un phénotype similaire à celui retrouvé dans les neurones moteurs de patients SLA, validant ainsi cette approche et la proposant comme modèle pertinent in vitro pré-clinique.

Une session du congrès a été consacrée à la mise en évidence et la caractérisation des cellules non neuronales, rappelant ainsi l’importance de leur implication dans la mise au point de modèles cellulaires. Une équipe américaine (Dr Blackburn) a travaillé sur l’expression des gènes des astrocytes isolés par microdissection par capture laser à différents moments d’évolution de la maladie de souris SODG93A. Il a mis en évidence un dysfonctionnement des lysosomes à tous les stades de la maladie et met l’accent sur des anomalies du transport du cholestérol, induisant une accumulation de cholestérol, délétère pour les motoneurones. De nouvelles preuves de la toxicité des astrocytes sur les motoneurones ont été soulignées. Le Dr Meyer (USA) a travaillé à partir de modèle in vitro d’astrocytes, neurones et oligodendrocytes issus de cellules souches neurales obtenus à partir de patients SLAS ou SLAF. Il a également mis en évidence une toxicité des astrocytes sur les motoneurones similaire dans la SLAS et SLAF et a montré  qu’une diminution de l’expression de SOD1 pouvait atténuer la toxicité médiée par les astrocytes issus de SLAS, évoquant donc SOD1 comme cible potentielle aussi dans la forme sporadique de la SLA. En revanche une étude intéressante a montré que les astrocytes issus de modèles murins TDP-43 mutés n’étaient pas toxiques pour les neurones moteurs, laissant donc supposer que le mécanisme de toxicité induite par les astrocytes n’est pas commun à tous les types de SLA. 

Les modèles murins

De nouveaux modèles de souris transgéniques sont en développement ou ont déjà fourni des résultats intéressants avec des caractéristiques de la maladie plus ou moins spécifiques. Par exemple, le Dr Deng (USA) a développé des souris avec mutation UBQLN2 qui se caractérisent par l’absence de troubles moteurs mais avec des troubles du comportement et une ubiquilinopathie dans le système nerveux ventral, caractéristiques des démences observées chez l’homme. Le développement d’une nouvelle souris FUS (exprimant la protéine tronquée FUS-R495X) par le Dr Valori (Allemagne) s’est révélé pertinent pour l’étude de la toxicité de la protéine mutée. Il a également révélé que la surexpression de FUS non mutée serait plus toxique que celle de FUS mutée mais mettant aussi en évidence la mort prématurée de ces souris transgéniques.

Autres modèles

En parallèle de ces modèles cellulaires et murins, des interventions ont porté sur des modèles de poisson zèbre (Dr Robberecht, Belgique ; Dr Schmidt, Allemagne ; Dr Aggad, Canada) pour la recherche de nouveaux gènes tels que EphA4, ou l’étude  de gènes précédemment identifiés tels que TDP-43. De plus, des vers ou encore la drosophile peuvent aussi être des modèles faciles d’utilisation et pertinents dans certaines études ciblées sur des gènes donnés (TDP-43, Dr Aggad, Canada ; FUS, Dr Jia, USA).

5) Communications affichées

Le domaine de la biologie, en particulier dans le cadre de la recherche de biomarqueurs de la maladie étant assez peu représenté lors des différentes sessions, nous avons choisi de mettre en avant 2 communications affichées portant sur ce domaine. L’aspécificité et l’hétérogénéité des symptômes cliniques expliquent en effet les difficultés du clinicien à faire un diagnostic précoce. Une des stratégies pour améliorer la précocité du diagnostic repose sur l’identification de marqueurs biologiques fiables et spécifiques qui auraient de plus l’avantage  d’améliorer notre connaissance des voies physiopathologiques et des altérations du métabolisme impliquées dans la mort des neurones moteurs.

Depuis quelques années, une nouvelle approche : la métabolomique se développe dans le domaine de la santé. La métabolomique est l’étude des variations induites par une perturbation physiologique, pathologique ou toxique de petites molécules, c’est-à-dire des métabolites tels que des sucres, des acides aminés dans les fluides biologiques (sang par exemple) ou tissus. Cette technique  repose maintenant sur des techniques  analytiques de pointe, conjuguant analyse à haut débit, avec un grande sensibilité et spécificité (Spectroscopie à résonance magnétique (SRM), spectrométrie de masse). L’approche métabolomique offre l’avantage de fournir un profil métabolique global d’une matrice biologique donnée, sans a priori et de manière quasi exhaustive, reflétant ainsi les caractéristiques du protéome, du transcriptome et donc du génome.

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Alors que les publications scientifiques utilisant cette approche ont commencé à paraître dans le domaine de la SLA, ces approches s’affinent et se complexifient, toujours avec des innovations de techniques analytiques. L’équipe suédoise (Wuolikainen) a présenté des résultats partiels d’analyse métabolomique (SRM et spectrométrie de masse) de prélèvements sanguins et de liquide céphalorachidien (LCR) issus d’une cohorte de 72 sujets (22 SALS, 22 patients avec maladie de Parkinson et 28 contrôles). Ces chercheurs analysent également les lipides et mènent aussi une analyse protéomique (analyse des protéines d’un fluide biologique) et génétique (génome complet). L’analyse n’étant pas terminée, seule la validation du concept et des techniques a été mise en avant dans cette communication affichée, mais ce type de méthodologie très complète semble prometteur.

Un autre travail par une équipe française (Blasco) porte sur l’analyse de LCR de 65 patients SLA et 131 contrôles (Sclérose en plaque, neuropathies périphériques, autres maladies neurodégénératives non SLA,…) par 3 techniques (SRM, et 2 techniques complémentaires de spectrométrie de masse). Il a été mis en évidence qu’il était possible de distinguer le profil métabolique (c’est à a dire, le type et la quantité de métabolites présents dans le LCR) de patients SLA et non SLA. Cette équipe cherche actuellement à identifier les molécules pertinentes pour la discrimination des 2 groupes.

Ainsi les approches utilisées par ces 2 équipes (Wuolikainen et Blasco) semblent être pertinentes et pourraient permettre  (i) d’identifier la signature métabolique aidant au diagnostic de SLA dès la survenue des premiers symptômes  et à la caractérisation du phénotype, (ii) d’isoler les métabolites pertinents, pouvant ainsi contribuer à une meilleure compréhension des voies physiopathologiques impliquées et des altérations métaboliques décrites dans la SLA.