Équipe 1

Système nerveux central et neurostéroïdes

Directeur : Michael SCHUMACHER, DR1, Inserm

Neurostéroïdes et cérébro-protection

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. 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.

Cellules gliales et cérébro-protection

L’équipe se concentre sur l’identification de nouvelles approches thérapeutiques destinées au traitement des maladies de la myéline du système nerveux central et à celui de l’inflammation associée à ces maladies et à d’autres pathologies neurologiques.
Au cours des dernières décennies, les cellules gliales sont apparues comme des acteurs essentiels au développement et au fonctionnement du système nerveux. En réponse à une aggression, ces cellules sont mobilisées afin de permettre la régénération du tissu lésé. Ainsi, les oligodendrocytes réparent les gaines de myéline qui protègent les axones et permettent une conduction rapide de l’influx nerveux. Les cellules astrocytaires et microgliales sont quant à elles essentielles au processus régénératif via leurs activités pro- et anti-inflammatoires. L’équipe s’intéresse notamment aux pathologies démyélinisantes acquises telles que la sclérose en plaques ou d’origine génétique comme l’adrénoleucodystrophie liée au chromosome X. L’une des caractéristiques de l’équipe est son expertise à la fois dans les approches pharmacologiques conventionnelles, la thérapie génique et la biologie des cellules gliales.

Les axes de recherche actuels visent
1) La caractérisation des mécanismes moléculaires et cellulaires contribuant au développement de la myéline, à sa régénération et à l’inflammation associée aux maladies démyélinisantes afin d’identifier de nouvelles cibles thérapeutiques (Elisabeth Traiffort);
2) L’analyse transcriptomique des effets pro-myélinisants de la testosterone (Abdel Ghoumari);
3) La caractérisation du processus de myélinisation dans un nouveau mutant murin (Catherine Le Stunff);
4) Le développement de vecteurs adénoviraux associés recombinants dans le contexte des pathologies démyélinisantes d’origine génétique (Patrick Aubourg);
5) L’identification de thérapies innovantes pour lutter contre l’inflammation associée aux anévrismes cérébraux (Laurent Spelle et Elisabeth Traiffort).

Membres de l’équipe

 
Nom
E-mail
Fonction
Numéro ORCID
Michael Schumacher michael.schumacher@inserm.frDR10000-0001-6117-5371
Elisabeth Traiffort elisabeth.traiffort@inserm.frDR2 0000-0002-9645-6269

Rachida Guennoun

rachida.guennoun@inserm.frDR20000-0002-9219-7300
Yvette Akwayvette.akwa@inserm.frCRHC0000-0003-2181-4612

Catherine Le Stunff

catherine.le-stunff@inserm.frCRCN0000-0001-8419-0451
Christian Spechtchristian.specht@inserm.frCRCN0000-0001-6038-7735
Shixin Ye-Lehmannshixin.ye-lehmann@inserm.frCRCN0000-0002-9254-9409
Abdel Ghoumariabdel.ghoumari@inserm.frMCU0000-0002-7928-1727
Christian Denierchristian.denier@bct.aphp.frPU-PH0000-0002-2087-5563
Antoine Brouquetantoine.brouquet@aphp.frPU-PH0000-0003-0536-3030
Laurent Spellelaurent@spelle.frPU-PH0000-0002-6748-8528
Steven Knafo

steven.knafo@aphp.fr

PH0000-0002-8733-0429
Baulieu Etienne-Emileetienne.baulieu@inserm.frPU-PH / Académicien0000-0002-2532-5085
Alain-Jacques Valleronalain-jacques.valleron@inserm.frProf. Émérite0000-0002-5678-9923
Philippe Lierephilippe.liere@inserm.frIR0000-0001-9603-0586
Antoine Pianosantoine.pianos@inserm.frIE0000-0001-5417-5429
Neïké Fernandezneike.fernandez@u-psud.frIE Univ. & Doctorant0000-0001-9127-248X
Clémence Milleclemence.mille@inserm.frAI0000-0003-2069-8250
Amina Zahafamina.zahaf@inserm.frPost-Doctorante0000-0002-4974-7020
Abdelmoumen Kassoussiabdelmoumen.kassoussi@inserm.frPost-Doctorant 0000-0002-7082-4764
Lea El-ChemaliLea.El-Chemali@inserm.frDoctorante
Adil El MesaoudiAdil.ElMesaoudi@inserm.frDoctorant

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).

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

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 : Michael Schumacher

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.

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.

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.

Transfert postnatal et prénatal de gènes via des vecteurs AVV

PI : Catherine Le Stunff

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 afin de les appliquer à la thérapie génique de maladies démyélinisantes ou d’axonopathies (Charcot-Marie Tooth). 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.