Myéline et remyélinisation

La gaine de myéline est une membrane protectrice qui enveloppe une partie de certaines cellules nerveuses. Elle influe sur la vitesse de transmission des signaux dans ces cellules nerveuses. Il s’agit d’une extension de la membrane plasmique de cellules gliales spécialisées qui entoure les axones. Ces cellules sont les oligodendrocytes dans le système nerveux central et les cellules de Schwann dans le système nerveux périphérique. La rupture de la myéline est à l’origine de plusieurs maladies humaines, telles que la sclérose en plaques et la maladie de Charcot-Marie-Tooth.

Nos équipes évaluent les mécanismes impliqués dans la myélinisation initiale, dans les myélinopathies et dans la remyélinisation qui restaure la myéline pendant les phases précoces des myélinopathies.

Communication axo-gliale dans le développement des cellules de Schwann et la myélinisation périphérique

Notre objectif général est de comprendre comment les différents acteurs cellulaires du système nerveux interagissent pour élaborer une entité neuronale fonctionnelle. Nous nous concentrons principalement sur la communication axo-gliale, un processus fondamental qui orchestre l’assemblage de la gaine de myéline. Afin de mieux comprendre ce mécanisme, nous utilisons des approches complémentaires qui reposent sur 1. la simplicité et la haute qualité optique de l’embryon de poisson zèbre pour surveiller les comportements précoces et fondamentaux des cellules neuronales et gliales en développement. 2. Une identification de nouveaux gènes associés à des maladies fœtales et infantiles associés à des perturbations de la myéline.

Voici quelques-unes des questions que nous nous posons : i) Quels sont les signaux moléculaires qui façonnent la glie myélinisante périphérique ? Nous avons lancé un criblage différentiel pour rechercher les gènes qui sont dérégulés en l’absence de cellules de Schwann en utilisant le poisson zèbre. Ce crible nous a permis d’identifier plusieurs régulateurs du développement du système nerveux périphérique. ii) Comment les cellules de Schwann migrent-elles et se divisent-elles le long des axones en croissance afin d’assurer la myélinisation ? Nous utilisons des outils pharmacologiques et génétiques, l’ablation laser, l’imagerie time-lapse in vivo et la microscopie électronique à transmission pour étudier les différents aspects moléculaires et cellulaires qui façonnent la migration, la division et le comportement des cellules de Schwann.

Décryptage des voies de signalisation dans le développement des cellules de Schwann et la myélinisation périphérique

Resp. : Marcel Tawk, Cindy Degerny, Judith Melki (Eq. 2)

Notre laboratoire a lancé un criblage différentiel à la recherche de gènes qui sont dérégulés en l’absence de cellules de Schwann. Cela nous a permis d’identifier de nouveaux acteurs et de nouvelles voies de signalisation nécessaires au développement des cellules de Schwann et à la myélinisation.

Elmo1 : une nouvelle voie de signalisation nécessaire au développement des cellules de Schwann et à la myélinisation

Nous décrivons un rôle nouveau et inconnu jusqu’à présent pour le gène engulfment and cell motility 1 (elmo1) dans la survie neuronale et la myélinisation opportune des cellules de Schwann dans le système nerveux périphérique. Elmo1 est l’un des chaînons manquants qui transmet un signal extracellulaire au cytosquelette intracellulaire des cellules de Schwann pour médier le tri radial via Rac1 et permettre aux cellules de Schwann de trier les axones, une étape clé de la myélinisation périphérique.

Mikdache A, Fontenas L, Albadri S, Revenu C, Loisel-Duwattez J, Lesport E, Degerny C, Del Bene F, Tawk M. Elmo1 function, linked to Rac1 activity, regulates neuronal numbers and myelination in zebrafish. Cell Mol Life Sci. 2019, Jun 3. doi: 10.1007/s00018-019-03167-5.

Nouveau mécanisme ON/OFF qui relie le contrôle temporel de la division des cellules de Schwann au tri radial et à la myélinisation via la voie Laminine/cAMP

Les cellules de Schwann migrent le long des axones périphériques et se divisent intensément pour générer le bon nombre de cellules avant l’enracinement axonal ; cependant, on sait peu de choses sur le contrôle temporel et moléculaire de leur division et son impact sur la myélinisation. Nous avons identifié Sil, une protéine du pôle du fuseau associée à la microcéphalie primaire autosomique récessive (MCPH), comme étant essentielle à la sortie mitotique temporelle des cellules de Schwann. Chez les mutants cassiopeia (csp-/-) déficients en Sil, les cellules de Schwann ne parviennent pas à trier radialement et à myéliniser les axones périphériques. L’augmentation de l’AMPc, mais pas de l’activité Rac1 chez les csp-/-, rétablit l’enracinement de la myéline. Plus important encore, nous montrons une diminution significative de l’expression de la Laminine dans le nerf de la ligne latérale postérieure csp-/- et que le fait de forcer l’expression de la Laminine2 chez les csp-/- rétablit complètement la capacité des cellules de Schwann à se myéliniser.

L’imagerie Time-lapse a révélé un rôle important de sil dans la progression de la métaphase des cellules de Schwann, retardant la sortie de la mitose et provoquant une perte complète de l’enrobage axonal, comme l’a montré la microscopie électronique à transmission (TEM). Traiter les csp-/- avec de la forskoline qui se lie à l’adényl cyclase et augmente les niveaux d’AMPc ou forcer l’expression de la Laminine2 a été suffisant pour restaurer complètement la myélinisation périphérique.

Nous montrons également que les cellules de Schwann sont une source majeure de Laminine dans les nerfs périphériques chez le poisson zèbre. Notre analyse clonale montre que forcer l’expression de la Laminine de manière autonome dans les cellules de Schwann est suffisant pour sécréter la Laminine dans l’espace extracellulaire et restaurer l’expression normale de Mbp à proximité de ces cellules dans les embryons csp-/-.

Ce travail apporte la preuve d’un nouveau mécanisme ON/OFF qui relie le contrôle temporel de la division des cellules de Schwann au tri radial et à la myélinisation via la voie Laminine/cAMP in vivo.

 Mikdache A, Boueid MJ, Lesport E, Delespierre B, Loisel-Duwatetez J, Degerny C, Tawk M. Timely Schwann Cell division drives peripheral myelination in vivo via the Laminin/cAMP pathway. Development. 2022 Sep 1;149(17):dev200640. Doi: 10.1242/dev.200640.

Disséquer les mécanismes moléculaires et cellulaires des neuropathies périphériques humaines

Dasn les années 1970, des chercheurs ont découvert que la survie, la prolifération et la différenciation des cellules de Schwann dépendent toutes de l’AMPc,  un second messager omniprésent. Plusieurs acteurs moléculaires clés en amont et en aval de l’AMPc ont été découverts récemment, mais ce qui convertit l’ATP en AMPc dans les cellules de Schwann et leur fournit ce messager essentiel reste inconnu.

En 2014, notre laboratoire a identifié une mutation du gène adcy6 (adényl cyclase 6, qui catalyse la conversion de l’ATP en AMPc) comme responsable de l’absence de myéline qui entraîne l’arthrogrypose. Cette dernière est une maladie congénitale (présente à la naissance) caractérisée par une contracture des articulations dans deux ou plusieurs régions du corps. Les enfants nés avec cette maladie présentent une fibrose anormale du tissu musculaire entraînant un raccourcissement des muscles, et sont donc incapables d’effectuer des mouvements actifs d’extension et de flexion dans les articulations touchées. Notre unité a établi que les composants défectueux de la myéline et des nœuds de Ranvier jouent un rôle important, mais non apprécié jusqu’à présent, dans l’apparition de l’arthrogrypose.

En 2015, notre laboratoire a été démontré qu’une mutation du gpr126 (récepteur 126 de la protéine G) entraîne une arthrogrypose sévère pendant le développement du fœtus en raison d’une myélinisation défectueuse. En effet, le GPR126 est essentiel pour la myélinisation du SNP chez le poisson zèbre et la souris. De plus, plusieurs résultats indiquent un rôle de la protéine GPR126 dans l’activation des protéines G et l’élévation de l’AMPc dans les cellules de Schwann afin de stimuler la myélinisation du SNP. Le fait que la mutation adcy6 chez l’homme conduise exactement au même phénotype que celui observé chez les patients GPR126 est assez intriguant. En outre, étant donné qu’ADCY6 est une adénylcyclase nécessaire à la synthèse de l’AMPc et que la fonction de GPR126 dépend de l’élévation de l’AMPc, il est possible que ces deux protéines fassent partie de la voie de signalisation des cellules de Schwann nécessaire à la myélinisation périphérique. Il est également possible que l’ADCY6 soit nécessaire dans les neurones/axons pour l’activité de l’AMPc qui influence la communication axo-gliale et donc la myélinisation périphérique. Il est important de noter que ces deux hypothèses ne s’excluent pas mutuellement.

Nos recherches actuelles visent à déterminer comment l’adénylcyclase, et plus particulièrement l’ADCY6, contribue à la myélinisation des cellules de Schwann. Nous évaluons également si i. GPR126 et ADCY6, tous deux essentiels à la myélinisation du SNP, communiquent au sein des cellules de Schwann. ii. Si l’ADCY6 est la principale (ou la seule) protéine adénylcyclase nécessaire à la myélinisation du SNP et si cette voie est bien conservée entre les différentes espèces.

Cette recherche nous aidera à découvrir les mécanismes sous-jacents des défauts périphériques chez les humains porteurs de mutations ADCY6. L’objectif ultime est de découvrir de nouvelles voies de signalisation fondamentales nécessaires à la fonction des cellules de Schwann, une étape clé pour toute stratégie future de traitement médicamenteux des neuropathies périphériques et de l’arthrogrypose. Il s’appuie sur des études impliquant deux modèles animaux : le poisson zèbre et la souris.

Laquerriere A, …, Tawk MMelki J (2014). Mutations in CNTNAP1 and ADCY6 are responsible for severe arthrogryposis multiplex congenita with axoglial defects. Hum Mol Genet 23:2279-2289. https://doi.org/10.1093/hmg/ddt618

Ravenscroft G, …, Melki J, Laing NG (2015) Mutations of GPR126 are responsible for severe arthrogryposis multiplex congenita. Am J Hum Genet 96:955-961 https://doi.org/10.1016/j.ajhg.2015.04.014

Nouvelles cibles pour les approches thérapeutiques des maladies de la myéline dans le système nerveux central

Dans le système nerveux central, les oligodendrocytes forment des gaines de myéline isolantes autour des axones, assurant une communication électrique rapide entre les neurones et fournissant un soutien trophique. La myéline endommagée peut être partiellement remplacée par des oligodendrocytes épargnés et par le recrutement de cellules progénitrices d’oligodendrocytes (OPC), suivi de leur différenciation en oligodendrocytes myélinisants. Ce processus est connu sous le nom de remyélinisation, régénération de la myéline ou réparation de la myéline. Dans les maladies démyélinisantes telles que la sclérose en plaques, la remyélinisation reste souvent insuffisante ou échoue, et l’amélioration de la capacité de régénération de la myéline est désormais considérée comme une option thérapeutique prometteuse.

Les voies de signalisation qui régissent la différenciation des OPC en oligodendrocytes matures et la formation de nouvelle myéline sont des cibles médicamenteuses potentielles pour les thérapies d’amélioration de la remyélinisation.

La signalisation Hedgehog est une voie majeure à la fois dans le développement de la myélinisation et dans la réparation de la myéline. L’élucidation de ses mécanismes moléculaires et l’identification de ses cibles cellulaires neurales devraient donc ouvrir de nouvelles perspectives pour la régénération des gaines de myéline.

Lorsqu’on envisage des thérapies de remyélinisation, un facteur important mais souvent négligé est l’environnement hormonal des cellules neurales. Les hormones stéroïdiennes sont en effet des régulateurs importants de la prolifération et de la différenciation des OPC et de la formation de la myéline en interagissant avec les voies de signalisation pro-myélinisation telles que la signalisation Hedgehog. De plus, les niveaux réduits de stéroïdes gonadiques chez les patients atteints de sclérose en plaques ont été associés à un handicap neurologique et à des résultats cliniques plus défavorables.

Coopération des voies de signalisation hedgehog et androgène pendant la myélinisation

Resp. : Elisabeth Traiffort (Eq. 1)

Nos projets actuels visent à disséquer les mécanismes moléculaires et cellulaires impliqués dans les processus de production de myéline par les oligodendrocytes au cours du développement et après la démyélinisation du système nerveux central. Deux voies de signalisation sont actuellement à l’étude. Il s’agit des voies induites respectivement par les protéines Hedgehog sécrétées et par l’hormone stéroïde testostérone. Le projet est basé sur la manipulation génétique et pharmacologique de ces voies au cours du développement et dans différents modèles murins de démyélinisation. L’unité se concentre également sur les processus inflammatoires locaux associés aux pathologies de la myéline et à d’autres pathologies neurologiques. L’objectif final est l’identification de nouvelles cibles thérapeutiques dans le domaine des maladies de la myéline et des pathologies inflammatoires du système nerveux central.

La voie de signalisation Hedgehog est la première voie de signalisation qui a été identifiée dans le contrôle génétique du développement embryonnaire précoce. À partir de 1998, E. Traiffort a révélé la persistance de la voie Hedgehog dans le système nerveux central postnatal et adulte. Son groupe a récemment démontré une coopération entre les signaux Hedgehog et testostérone dans la myélinisation. Les deux voies exercent des activités complémentaires au cours de l’oligodendrogénèse postnatale. Chez l’adulte, leur coopération favorise la différenciation des OPC en oligodendrocytes matures formant la myéline, ainsi qu’une meilleure préservation de l’intégrité axonale et une diminution de la neuroinflammation. Dans l’encéphalomyélite auto-immune expérimentale (EAE), modèle animal le plus couramment utilisé pour étudier la pathologie de la sclérose en plaques, les deux voies améliorent les symptômes de la maladie de manière concertée.

Laouarem Y, Kassoussi A, Zahaf A, Hutteau-Hamel T, Mellouk A, Bobé P, Mattern C, Schumacher M, Traiffort E (2021) Functional cooperation of the hedgehog and androgen signaling pathways during developmental and repairing myelination. Glia 69:1369-1392.

La testostérone est bien connue en tant qu’hormone masculine produite par les testicules. Cependant, il est moins connu que la testostérone, à des niveaux inférieurs, est également une hormone essentielle chez les femmes. Jusqu’à présent, les actions remyélinisantes, neuroprotectrices et anti-inflammatoires de la testostérone ont été étudiées chez des souris mâles et des hommes souffrant de sclérose en plaques. Cependant, les effets des androgènes médiés par le récepteur des androgènes (AR) n’ont été que peu étudiés chez les femmes. Récemment, nous avons montré une expression significative du RA dans les lésions démyélinisées de souris femelles et de femmes atteintes de sclérose en plaques. Chez les souris femelles, les androgènes et les œstrogènes agissent de manière synergique, tandis que les androgènes entraînent les réponses de la microglie vers la régénération de la myéline. Nos travaux ont également mis en évidence des différences moléculaires majeures entre les sexes en ce qui concerne les effets des androgènes pendant la remyélinisation. La plupart des gènes régulés à la baisse par les androgènes chez les souris femelles sont liés à l’inflammation, alors que ceux qui sont principalement régulés à la baisse chez les mâles sont liés aux processus métaboliques des lipides. Ainsi, les androgènes sont essentiels pour une régénération correcte de la myéline chez les femelles et les approches thérapeutiques des maladies démyélinisantes doivent prendre en compte les différences entre les hommes et les femmes.

Zahaf A, Kassoussi A, Hutteau-Hamel T, Mellouk A, Marie C, Zoupi L, Tsouki F, Mattern C, Bobé P, Schumacher M, Williams A, Parras C, Traiffort E (2023) Androgens show sex-dependent differences in myelination in immune and non-immune murine models of CNS demyelination. Nature Communications 14:1592.

L’élucidation des mécanismes moléculaires impliqués dans la signalisation Hedgehog pro-myélinisante est une condition préalable au ciblage de cette voie dans les thérapies de remyélinisation. La transduction du signal Hedgehog implique un complexe récepteur majeur associant la protéine transmembranaire Patched et ses corécepteurs. La liaison de Hedgehog à Patched soulage la répression du récepteur couplé à la protéine G Smoothened (Smo), qui déclenche alors une cascade de signalisation intracellulaire impliquant des facteurs de transcription Gli ou des mécanismes non canoniques. Nos travaux ont permis d’identifier le corécepteur Patched BOC comme un partenaire crucial dans le développement et la réparation de la myélinisation.

Zakaria M, Ferent J, Hristovska I, Laouarem Y, Zahaf A, Kassoussi A, Mayeur ME, Pascual O, Charron F, Traiffort E (2019) The Shh receptor Boc is important for myelin formation and repair. Development 146.

Le rôle des hormones stéroïdiennes dans la myélinisation : De nouvelles clés pour comprendre la différenciation sexuelle de la myéline 

Notre laboratoire a été pionnier dans la démonstration du rôle des hormones stéroïdiennes dans la myélinisation. L’action pro-myélinisante de la progestérone a d’abord été démontrée pour les cellules de Schwann dans le système nerveux périphérique, puis pour les oligodendrocytes dans le système nerveux central. Il s’agissait là de l’une des premières observations de l’action des stéroïdes dans le système nerveux au-delà des fonctions reproductives classiques. L’impact du milieu hormonal stéroïdien sur le processus de myélinisation pourrait trouver son origine dans l’apparition concomitante, au cours de l’évolution, de la myéline et de la diversification des récepteurs stéroïdiens chez les vertébrés à mâchoires articulées.

La testostérone peut exercer des effets différenciateurs persistants sur le cerveau, qualifié d’organisationnel, en agissant sur des circuits neuronaux immatures pendant des périodes sensibles du développement.

Resp. : Abdel Ghoumari (Eq. 1)

Nous avons montré que la testostérone néonatale, agissant via les récepteurs androgéniques cérébraux (AR), exerce des effets organisateurs persistants sur la structure des gaines de myéline dans le cerveau de la souris mâle. Par conséquent, les souris mâles adultes ont des gaines de myéline plus épaisses, une plus grande densité d’oligodendrocytes et des segments axonaux myélinisés plus courts (internodes) que les souris femelles.

Les différences structurelles entre les sexes dans les gaines de myéline peuvent avoir un impact sur leur intégrité et leur vulnérabilité aux attaques immunitaires et peuvent contribuer aux différences liées au sexe dans l’incidence et l’évolution des maladies démyélinisantes telles que la sclérose en plaques.

Abi Ghanem C, Degerny C, Hussain R, Liere P, Pianos A, Tourpin S, Habert R, Macklin WB, Schumacher M, Ghoumari AM (2017) Long-lasting masculinizing effects of postnatal androgens on myelin governed by the brain androgen receptor. PLoS Genet 13:e1007049.

Resp. : Elisabeth Traiffort (Eq. 1)

Il est bien connu que la testostérone est une hormone masculine produite par les testicules. Cependant, il est moins connu que la testostérone, à des niveaux inférieurs, est également une hormone essentielle chez les femmes. Jusqu’à présent, les actions remyélinisantes, neuroprotectrices et anti-inflammatoires de la testostérone ont été étudiées chez des souris mâles et des hommes souffrant de sclérose en plaques. Cependant, les effets des androgènes médiés par le récepteur des androgènes (AR) n’ont été que peu étudiés chez les femmes. Récemment, nous avons montré une expression significative du RA dans les lésions démyélinisées de souris femelles et de femmes atteintes de sclérose en plaques. Chez les souris femelles, les androgènes et les œstrogènes agissent de manière synergique, tandis que les androgènes entraînent les réponses de la microglie vers la régénération de la myéline. Nos travaux ont également mis en évidence des différences moléculaires majeures entre les sexes en ce qui concerne les effets des androgènes pendant la remyélinisation. La plupart des gènes régulés à la baisse par les androgènes chez les souris femelles sont liés à l’inflammation, alors que ceux qui sont principalement régulés à la baisse chez les mâles sont liés aux processus métaboliques des lipides. Ainsi, les androgènes sont essentiels pour une régénération correcte de la myéline chez les femelles et les approches thérapeutiques des maladies démyélinisantes doivent prendre en compte les différences entre les hommes et les femmes.

Zahaf A, Kassoussi A, Hutteau-Hamel T, Mellouk A, Marie C, Zoupi L, Tsouki F, Mattern C, Bobé P, Schumacher M, Williams A, Parras C, Traiffort E (2023) Androgens show sex-dependent differences in myelination in immune and non-immune murine models of CNS demyelination. Nature Communications 14:1592.

Génétique et développement neurologique

Resp. : Judith Melki (Eq. 2)

Nos principales recherches sont axées sur le décryptage des bases génétiques de plusieurs maladies fœtales et infantiles, notamment l’arthrogrypose, un groupe hétérogène de maladies neuromusculaires fœtales, les neuropathies périphériques et les anomalies congénitales de la vascularisation cérébrale. Pour favoriser la découverte de gènes, nous avons mis en place une installation de génomique comprenant un serveur pour l’analyse bioinformatique interne des SNP et des données issues du séquençage de l’exome entier ou ciblé. La génomique fonctionnelle est réalisée à l’aide de divers modèles cellulaires ou animaux pour aider à comprendre comment les mutations génétiques découvertes affectent les phénotypes.

Cette approche devrait permettre d’identifier de nouvelles voies de signalisation impliquées dans le processus de développement et/ou de maintien du système neuromusculaire, de la myélinisation périphérique et de la vascularisation cérébrale chez l’homme. En outre, nos approches devraient ouvrir de nouvelles voies dans l’étude génétique de ces maladies.