Équipe 1

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).

Nos équipes sont membres du LabEx « NanoSaclay », un réseau de laboratoires d’excellence de l’Université Paris-Saclay en nanosciences et nanotechnologies. L’équipe 2 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.

Nouvelles approches thérapeutiques des maladies de la myéline et de l’inflammation dans le système nerveux central.

PI : Elisabeth Traiffort

Elisabeth Traiffort est neurobiologiste. Après un début de carrière à l’AP-HP en tant que pharmacien, elle s’est intéressée aux neurotransmissions histaminergique et sérotoninergique ainsi qu’aux récepteurs couplés aux proteins G (1988-1997). A partir de 1998, elle s’est focalisée sur l’investigation de la première voie de signalisation à avoir été identifiée dans le contrôle génétique du développement précoce de l’embryon, la voie Hedgehog. Ses collaborateurs et elle furent les premiers à mettre en evidence la persistence de cette voie dans le système nerveux post-natal et adulte. Ils démontrèrent le transport des protéines Hedgehog dans les axones, leur capacité à réguler les propriétés électrophysiologiques des neurones et le rôle de cette voie dans le contrôle du mode de division des cellules souches neurales adultes. En 2013, alors qu’elle venait de montrer l’implication de la signalisation Hedgehog dans les processus de régénération de la myéline, elle a rejoint l’Hôpital du Kremlin-Bicêtre où elle est responsable de l’équipe ‘Myélinisation et Régénération de la Myéline’ devenue en 2018 l’équipe ‘Cellules Gliales, Régénération et Plasticité’.

Les projets actuels visent la dissection des mécanismes moléculaires et cellulaires mis en jeu dans les processus de production de la myéline au cours du développement ou à l’issue d’une démyélinisation du système nerveux central. Deux voies de signalisation sont actuellement à l’étude. Il s’agit des voies induites respectivement par les protéines secrétées Hedgehog et par les hormones stéroïdes de type androgénique (testostérone). Le projet repose sur la manipulation génétique et pharmacologique de ces voies au cours du développement et dans différents modèles murins de démyélinisation. Le groupe se focalise aussi 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.

Contrats : depuis 2013, les travaux sont soutenus par: ANR, ARSEP, ARSLA

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.

Démences et neurodégénérescence : les effets de la FKBP52 sur les fonctions de la protéine associée aux microtubules Tau

PI : Étienne-Émile Baulieu

Nous étudions in vivo les fonctions de la protéine de choc thermique et immunophiline FKBP52 (FK506 Binding Protein) dans le développement du système nerveux (croissance axonale, viabilité des neurones) et son interaction avec la protéine Tau associée aux microtubules.

Le mutant pathologique de Tau, présentant une mutation proline vers leucine en position 301 (P301L) entraîne une tauopathie humaine sévère. Nous avons identifié une interaction directe entre la FKBP52 et Tau-P301L et ses formes phosphorylées. Nous avons également démontré la capacité de la FKBP52 à induire la formation d’oligomères de Tau-P301L. Chez le poisson-zèbre transgénique exprimant le mutant humain Tau-P301L, l’invalidation du gène codant pour la FKBP52 a permis de corriger croissance et ramification altérées des axones des motoneurones spinaux.

Rôles des hormones, androgènes et progestagènes, dans le développement et la régénération de la myéline.

PI : Abdel Ghoumari

Mon sujet de recherche consiste à étudier le rôle des petites molécules naturelles et de synthèse tels que les stéroïdes, progestagènes et androgènes dans le développement de la myéline ainsi que dans sa régénération, en utilisant des modèles in vitro, ex-vivo et in vivo de la sclérose en plaques (SEP). Aussi, nous étudions l’importance de ces stéroïdes dans la mise en place du dimorphisme de la myéline. Ceci donne du sens aux observations que la SEP est une maladie sexuellement dimorphique, dont l’évolution est influencée par l’état endocrinien des patients. Nos travaux antérieurs ont montré que la progestérone et la testostérone, via leurs récepteurs nucléaires respectifs, sont très importantes pour la régénération de la myéline dans le modèle de démyélinisation par la lysolecithin (LPC) de la moelle épinière de souris et des cultures organotypiques de cervelets de rongeurs. De même, l’effet de la testostérone via son récepteur nucléaire (AR) est permanent sur le dimorphisme sexuel de la myéline (voir la figure ci-dessous).

La suite de nos travaux de recherche consiste à étudier en détail le (les) mécanisme(es) d’actions de ces stéroïdes dans le développement et la régénération de la myéline, à savoir la détermination des voies de signalisations et les gènes cibles. Pour cela, nous effectuons l’approche moléculaire basée sur l’analyse des transcriptomes entre les souris mâles et femelles et les souris intactes et les souris démyélinisés, traitées ou non par les stéroïdes. La fonctionnalité de chacun de ces gènes cibles est étudiée chez la souris après confirmation en culture in vitro et/ou ex-vivo.

Transfert postnatal et prénatal de gènes via des vecteurs AVV

PIs : Pierre Bougnères

Nous utilisons le transfert postnatal et prénatal de gènes via des vecteurs AAV pour transduire les oligodendrocytes du cerveau et de la moelle épinière dans des modèles de souris malades et chez des primates non humains afin de les appliquer à la thérapie génique de l’adrénoleucodystrophie liée à l’X, de l’adrénomyéloneuropathie, de la maladie de Krabbe et, plus généralement, de maladies démyélinisantes ou d’axonopathies. Nous développons également un projet de thérapie génique avec des vecteurs AAV pour le déficit en mitofusine (Charcot-Marie Tooth 2). Nous concevons et construisons des plasmides portant des promoteurs spécifiques exprimant le système nerveux central et utilisons toutes les techniques permettant de suivre l’expression des gènes étudiés dans ces modèles animaux.