Équipe 1

Stéroïdes et système nerveux

Directeur : Michael SCHUMACHER, DR1, Inserm
Directrice adjointe : Rachida GUENNOUN, CRCN, Inserm

Thèmes de recherche Équipe 1

L’équipe 1 est reconnue internationalement pour sa contribution majeure aux travaux qui ont permis d’établir que le rôle des stéroïdes dans le système nerveux va bien au-delà de leurs fonctions de reproduction. Ce sont en effet des molécules de signalisation importantes avec des cibles et effets multiples. L’équipe étudie actuellement le potentiel cérébroprotecteur des hormones stéroïdes (synthétisées par les glandes endocrines stéroïdogènes) et des neurostéroïdes (synthétisés dans le système nerveux par les cellules neurales) ainsi que les mécanismes impliqués.
Les stratégies expérimentales comprennent des modèles murins génétiquement modifiés (invalidation conditionnelle de gènes par la technologie Cre/loxP), le transfert de gènes à l’aide de vecteurs viraux adéno-associés (AAV), le profilage des stéroïdes dans des tissus par chromatographie en phase gazeuse couplée à la spectrométrie de masse en tandem (GC-MS/MS) et des modèles translationnels de lésions du système nerveux. Des marques épigénétiques, en particulier la méthylation de l’ADN au niveau de loci ciblés, sont analysées pour examiner l’influence des stéroïdes sur l’expression de gènes au cours du développement, des processus de neuroprotection et de neurorégénération. L’expansion du code génétique des cellules neurales via l’incorporation d’acides aminés non naturels dans des protéines nous offre de nouvelles perspectives pour explorer les fonctions de voies de signalisation spécifiques.

Membres de l’équipe

Nom
E-mail
Fonction
Numéro ORCID
Michael Schumachermichael.schumacher@inserm.frDR10000-0001-6117-5371

Rachida Guennoun

rachida.guennoun@inserm.frCRCN0000-0002-9219-7300
Yvette Akwayvette.akwa@inserm.frCRCN0000-0003-2181-4612
Pierre Bougnèrespierre.bougneres@inserm.frProf. Émérite0000-0003-0017-4572
Alain-Jacques Valleronalain-jacques.valleron@inserm.frProf. Émérite0000-0002-5678-9923
Christian Denierchristian.denier@bct.aphp.frPU-PH0000-0002-2087-5563
Philippe Lierephilippe.liere@inserm.frIR0000-0001-9603-0586
Antoine Pianosantoine.pianos@inserm.frIE0000-0001-5417-5429
Shixin Ye-Lehmannshixin.ye-lehmann@inserm.fr  
Christine Menguychristine.dos-santos@inserm.frIE0000-0002-6748-5183
Claire Maëlle Fovetclaire-maelle.fovet@cea.frIE0000-0001-8976-5584
Marie-Pierre Bélotmarie-pierre.belot@inserm.frIE 0000-0001-7502-0549
Alice Algansalice.algans@inserm.fr  
Clémence Milleclemence.mille@inserm.frAI0000-0003-2069-8250
Annie Cambourgannie.cambourg@inserm.frTN 
Léna Haddadlena.haddad@inserm.frAI0000-0001-6928-1945
Davide Tampellinidavide.tampellini@inserm.frChercheur0000-0003-3188-0293
Anne Boiretanne.boiret@inserm.frIE0000-0001-9127-248X
Neïké Fernandezneike.fernandez@u-psud.frIE Univ. & Doctorant 
Anthony Petitanthony.petit@inserm.frIE 

Collaborations :

– Population Council, New York : https://www.popcouncil.org/;
– Institut Clinique de la souris (ICS, Illrich), www.ics-mci.fr/en/;
– Neurovascular unit, neurology department CHU Bicêtre : http://hopitaux-paris-sud.aphp.fr/avcparissud/;
– Laboratory of neuroendocrine biochemistry, IBYME Conicet. Buenos aires https://www.ibyme.org.ar/laboratorios/21/bioquimica-neuroendocrina.

Projets transversaux

PI : Michael Schumacher

Les équipes de notre unité de recherche ne sont pas séparées les unes des autres mais collaborent sur des projets communs. L’équipe 1 est très impliquée dans des projets transversaux en mettant à la disposition son expertise en neuroendocrinologie des stéroïdes et en offrant des analyses précises, sensibles et robustes des stéroïdes par chromatographie en phase gazeuse/spectrométrie de masse en tandem (GC-MS/MS).

Les équipes 1 et 2 unissent leurs expertises pour développer de nouveaux moyens visant à stimuler la régénération de la myéline, en utilisant des stéroïdes ou d’autres petites molécules neuroactives ou des vecteurs viraux adéno-associés (AAV).
Pour améliorer l’innocuité et l’efficacité des stéroïdes dans le traitement de maladies et de lésions du système nerveux, la voie d’administration intranasale est explorée. Elle permet en effet un accès rapide des stéroïdes au cerveau et à la moelle épinière (avec M et P Pharma et la Fondation Mattern).

L’identification des fonctions clés des récepteurs intracellulaires de la progestérone et de la testostérone dans les effets neuroprotecteurs et régénérateurs de la myéline a des implications thérapeutiques importantes. Elle a en effet ouvert la voie à l’utilisation de stéroïdes de synthèse, développés pour la contraception hormonale et le traitement des troubles endocriniens, dans la protection des neurones et la réparation des gaines de myéline (avec le Population Council, New York).

Les équipes 1 et 3 sont membres du LabEx « NanoSaclay », un réseau de laboratoires d’excellence de l’Université Paris-Saclay en nanosciences et nanotechnologies. L’équipe 3 examine l’utilité de petits ARN interférents (ARNsi), vectorisés à l’aide d’un radical squalénoyle formant des nanoparticules, pour inhiber ou normaliser l’expression de gènes à l’origine de neuropathies monogéniques héréditaires. L’équipe 1 explore l’utilité thérapeutique de la squalénisation de petites molécules dans la neuroprotection et neurorégénération. Les deux équipes partagent également un programme de recherche visant à promouvoir la régénération des nerfs périphériques en combinant de nouvelles procédures neurochirurgicales avec des thérapies à base de petites molécules (ligands TSPO et stéroïdes) ou par transfert de gènes codant pour des facteurs neurotrophiques à l’aide de vecteurs viraux.

Effets cérébroprotecteurs des hormones stéroïdiennes et des neurostéroïdes.

PI : Rachida Guennoun

Le projet vise à mieux comprendre
1) Le rôle de la synthèse des neurostéroïdes, en particulier dans la cérébroprotection après un AVC ischémique;
2) Les mécanismes par lesquels les stéroïdes exercent leurs effets cérébroprotecteurs aux niveaux moléculaire et cellulaire;
3) L’optimisation de l’administration intranasale de stéroïdes naturels ou synthétiques en tant que voie potentielle de la cérébroprotection après un AVC.

Nous avons une approche multidisciplinaire associant la génération de souris avec l’invalidation sélective de récepteurs de stéroïdes, ou d’enzymes de la stéroïdogenèse en utilisant la stratégie Cre / Lox, la chirurgie (ischémie cérébrale expérimentale), des tests comportementaux permettant d’évaluer la récupération fonctionnelle (déficits neurologiques, coordination motrice), des analyses histologiques, analyse de l’expression génique et protéique (analyse transcriptomique, RT-qPCR, Western blot, immunofluorescence, microscopie confocale) et mesure des stéroïdes par chromatographie en phase gazeuse-spectrométrie de masse en tandem.

Grâce à l’interaction entre chercheurs et cliniciens, nous visons à générer des données précliniques pour le développement d’un traitement neuroprotecteur basé sur l’administration des stéroïdes naturels ou synthétiques ou sur la stimulation de la synthèse endogène de neurostéroïdes chez des patients victimes d’un AVC.

Des acides aminés non naturels mettent en évidence la spécificité des mécanismes de transduction de la signalisation cellulaire

PI : Shixin Ye-Lehmann

Nous développons des outils de biologie de synthèse pour étudier le rôle de protéines spécifiques dans la signalisation des cellules neurales, et pour identifier des anomalies dans les voies de transduction des signaux associées à des maladies du système nerveux. La biologie de synthèse, ou biologie synthétique, est un domaine interdisciplinaire entre la biologie et l’ingénierie, qui permet de disséquer la complexité du vivant par la synthèse précise de protéines et d’autres biomolécules in vivo. Nous avons mis au point des méthodes efficaces permettant d’incorporer des acides aminés non naturels (UAA) dans des protéines membranaires (récepteurs couplés aux protéines G, récepteurs ionotropes sensibles à des ligands) afin d’étudier les relations entre leurs structures et fonctions.

Nous avons montré qu’il est possible d’élargir le code génétique d’ovocytes de Xénope, de cellules de mammifères, y compris de neurones, et de modèles animaux comme le poisson zèbre et la souris.

L’incorporation d’UAA sensibles à la lumière nous a permis de mettre au jour un nouveau mécanisme moléculaire, qui explique les différences fonctionnelles entre les différents sous-types de récepteurs du N-méthyl-D-aspartate (NMDA). Ces récepteurs jouent un rôle clé dans la transmission synaptique excitatrice et sont impliqués dans des processus d’apprentissage et de mémoire. Au cours de ces études, nous avons identifié plusieurs récepteurs NMDA sensibles à la lumière. Leurs activités peuvent être modulées par la lumière. Nous utilisons actuellement de nouvelles méthodes optiques pour réguler, grâce à la lumière, des mécanismes de signalisation neuronale. Nous développons également des récepteurs membranaires neuronaux sensibles à la lumière pour des études optogénétiques.

Cérébroprotection dans la maladie d’Alzheimer.

PI : Yvette Akwa

Nos recherches s’inscrivent dans le cadre de stratégies innovantes pour protéger et réparer le cerveau dans la maladie d’Alzheimer. Il n’y a aujourd’hui aucun médicament curatif contre cette maladie neurodégénérative. Une des causes de ces échecs pourrait résider dans l’extrême spécificité des médicaments testés ne visant qu’une seule composante de cette pathologie multifactorielle. La neuropathologie inclue une accumulation progressive d’agrégats protéiques constitués de peptide -amyloïde ou de protéine tau, un dysfonctionnement synaptique précoce et une neuroinflammation. Nous pensons que des stratégies multi-cibles contre ces éléments pathogènes pourraient être plus efficaces pour protéger les neurones, et ainsi améliorer les symptômes.

Nos recherches portent sur :

1- L’évaluation des effets de l’administration directe de stéroïdes naturels ou d’analogues de synthèse, en particulier de composés excitateurs stimulant la neurotransmission (porteur : Yvette Akwa, PhD, en collaboration avec Davide Tampellini, PhD et Anne Boiret, IE).

2- L’étude de l’efficacité de molécules permettant de stimuler la production endogène de stéroïdes ou neurostéroïdes aux propriétés cérébroprotectrices, et la compréhension du rôle de la protéine TSPO comme cible thérapeutique (porteurs : Yvette Akwa; Michael Schumacher, PhD).

3- L’étude des effets de la stimulation cérébrale profonde et de l’activation synaptique (porteur : Davide Tampellini, en collaboration avec Yvette Akwa).

Analyse et profilage des stéroïdes par chromatographie en phase gazeuse couplée à la spectrométrie de masse en tandem

PI : Philippe Liere

Nous analysons les métabolomes de stéroïdes dans des échantillons de plasma et de tissus nerveux par chromatographie en phase gazeuse couplée à la spectrométrie de masse en tandem (GC-MS/MS). Il s’agit d’une technologie de référence pour l’analyse et le profilage précis, sensible et étendu des stéroïdes. Cependant, il est important de noter que la GC-MS/MS fournit uniquement des valeurs de référence précises lorsqu’elle est associée à une préparation minutieuse des échantillons. Il s’agit d’une technologie évolutive et notre groupe contribue à son développement. À présent, la GC-MS/MS nous permet d’identifier et de quantifier jusqu’à 70 stéroïdes différents de manière précise et reproductible dans des échantillons de tissus.

Nous souhaitons insister ici sur l’importance d’utiliser des méthodes précises pour l’analyse des stéroïdes dans des échantillons biologiques, et en particulier dans des matrices complexes telles que les tissus nerveux, riches en graisses. Les dosages radioimmunologiques (RIA) et d’immuno-absorption (ELISA), même précédés d’étapes de prépurification et de séparation, n’offrent pas la spécificité requise. Pour cette raison, les méthodes de spectrométrie de masse sont devenues des procédés de référence pour l’analyse des stéroïdes. La principale force de la GC-MS/MS réside dans sa capacité à séparer un grand nombre de stéroïdes avec des structures très similaires, tels que les stéréoisomères et les énantiomères.

Nous effectuons des analyses de stéroïdes pour des projets de recherche universitaires, précliniques et cliniques ainsi que pour des sociétés pharmaceutiques.

Épigénétique

PI : Pierre Bougnères

Nos projets portent sur la modulation épigénétique de l’expression de gènes spécifiques du cerveau et sur les réponses médiées par les stéroïdes au stress prénatal et postnatal. Ces modèles ont des applications pour la physiologie et la pathologie humaines. Nous utilisons plusieurs approches:
(i) modèles de souris ayant des perturbations de la stéroïdogenèse et présentant des réponses comportementales anormales au stress (méthylation des promoteurs de gènes du cerveau, spectrométrie de masse des stéroïdes), que nous modifions à l’aide du transfert de gènes portés par vecteurs AAV, dont nous concevons et construisons les plasmides ;
(ii) études de l’épigénétique, de l’expression génique et des stéroïdes par spectrométrie de masse chez des primates non humains (avec ou sans transfert de gène dans le cerveau via AAVs ;
(iii) une approche de santé publique associant un stress précoce à des maladies neuropsychiatriques.