Stéroïdes et neurorégénération

Analyse et profilage des stéroïdes par chromatographie en phase gazeuse/spectrométrie de masse en tandem

Resp. : Philippe Liere (Eq. 1), Michael Schumacher (Dir Eq. 1)

Nous analysons les métabolomes stéroïdiens dans des échantillons de plasma et de petits tissus nerveux par chromatographie en phase gazeuse et spectrométrie de masse en tandem (GC-MS/MS). L’analyse des stéroïdes par GC-MS/MS est une technologie évolutive, et notre groupe est engagé dans son développement. Jusqu’à présent, la GC-MS/MS nous permet d’établir le profil de 70 stéroïdes différents, de l’ordre de la femtomole, de manière robuste et précise dans de petits échantillons de tissus et de fluides biologiques.

Toutefois, cette technologie ne fournit des valeurs de référence précises que si elle est associée à des méthodes de purification et de fractionnement des échantillons très minutieuses en amont, afin d’obtenir un profilage fiable des stéroïdes sans contamination croisée. La combinaison d’une préparation validée des échantillons et d’une technologie analytique de référence est une condition préalable à l’analyse des stéroïdes dans les échantillons biologiques, et en particulier dans les matrices complexes telles que les tissus nerveux adipeux. Les dosages radio-immunologiques et les dosages immuno-enzymatiques, même avec des étapes de prépurification, n’offrent pas la spécificité requise. La principale force de la GC-MS/MS est sa capacité à séparer un grand nombre de stéroïdes structurellement similaires, tels que les stéréoisomères et les énantiomères, ce qui permet d’obtenir des informations clés sur les processus physiopathologiques neuroendocriniens dans le système nerveux lésé et dans les maladies neurodégénératives.

Nous fournissons des analyses de stéroïdes pour des projets de recherche académique, préclinique et clinique ainsi que pour des sociétés pharmaceutiques.

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.

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.

Régulation des synapses inhibitrices par les stéroïdes neuroactifs (NAS) : relations structure-fonction

Resp.: Christian Specht (Eq. 1)

Les stéroïdes neuroactifs (NAS) sont des agents pharmacologiques prometteurs pour le traitement de la dépression et des pathologies liées au stress. Leurs effets sédatifs et anticonvulsivants résultent principalement de la modulation allostérique des récepteurs GABA-A inhibiteurs, ce qui entraîne une augmentation de l’activité inhibitrice. Cependant, les mécanismes par lesquels les NSA régulent l’activité du réseau ne sont pas connus en raison de la multitude de cibles moléculaires ainsi que du manque d’informations sur les effets à court et à long terme des NSA sur la distribution des récepteurs dans la membrane neuronale et les changements adaptatifs concomitants dans la neurotransmission inhibitrice. Nous analysons systématiquement les effets des NSA spécifiques des récepteurs GABA-AR, dont les profils cliniques sont connus, sur la neurotransmission inhibitrice dans des neurones primaires cultivés. Les neurones sont exposés aux NAS pendant différentes durées afin de déterminer les effets à court et à long terme des NAS au niveau des synapses inhibitrices et dans le segment initial de l’axone (AIS), en se concentrant sur l’équilibre entre les récepteurs synaptiques et extrasynaptiques. Nous caractériserons les effets du traitement NAS sur la distribution subcellulaire des GABA-ARs et des récepteurs de la glycine (GlyRs) en utilisant l’imagerie de fluorescence conventionnelle et de super-résolution, ainsi que les conséquences sur la neurotransmission inhibitrice en utilisant des mesures électrophysiologiques dans des conditions de contrôle et en réponse à des auto-anticorps dérivés de patients contre les sous-unités des récepteurs inhibiteurs. Notre projet contribue à combler le fossé entre la régulation à court terme des courants GABAergiques et glycinergiques par les NAS et l’adaptation à long terme du réseau par des processus homéostatiques ou anti-homéostatiques.