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Le diabète: nouvelles approches en recherche fondamentale et clinique
Miriam Cnop

Comprendre et développer des outils thérapeutiques dans le dysfonctionnement de la cellule bêta.

Dernières nouvelles:

  • Le Pr. Miriam Cnop présente ses recherches en vidéo

  • Miriam Cnop avec ses collègues des Universités d’Exéter, d’HElsinki et de Kyoto a découvert un nouveau type de diabète causé par la mutation du gène RFX6 (Nature Communications oct.2017

Les individus porteurs de cette mutation ont une forte probabilité de développer un diabète, même avant l’âge de 20 ans et à l’âge de 50 ans, 80% auront développé la maladie. Ce diabète est transmis des parents aux enfants et peut affecter de nombreuses générations dans la même famille. Le diabète RFX6 nécessite souvent un traitement par insuline car les patients ont une réduction de la sécrétion d’insuline par le pancréas.

Miriam Cnop a identifié chez ces patients une production réduite de l’hormone GIP qui stimule la sécrétion d’insuline. Le diabète RFX6 est le premier type de diabète découvert à être lié à cette hormone. Cette étude suggère que les médicaments ayant une structure similaire à l’hormone GIP peuvent constituer une nouvelle option thérapeutique.

  • Miriam Cnop est sélectionnée par la revue Cell Metabolism parmi les “Women in Metabolism”, Cnop M. Women in metabolism – Miss β cell. Cell Metab 2015, 22:952
  • Découverte d’un nouveau type de diabète monogénique par l’équipe du Dr Miriam Cnop  Diabetes 2015, 64:3951-3962

Biographie

Née en 1970. Docteur en médecine (VUB), PhD en recherche biomédicale (VUB), spécialisation en médecine interne (VUB), spécialisation en endocrinologie (ULB et VUB). Post-doc à l’Université de Washington à Seattle. Professeur et Directeur de Clinique, Hôpital Erasme (ULB).

Plus d'infos
En Europe, 60 millions de personnes sont atteintes par le diabète et 66 millions sont intolérantes au glucose (ou pré-diabétiques), ce qui cause 630.000 morts par an. 

Projet

1. LE DIABÈTE: UN PROBLÈME MAJEUR DE SANTÉ PUBLIQUE

Le diabète touche plus de 415 millions d’individus dans le monde. En 2040, on estime que la prévalence mondiale du diabète devrait atteindre 642 millions de personnes, ou encore plus d’un adulte sur dix.

Dix à quinze pour cent des patients concernés sont atteints du diabète de type 1, causé par une destruction auto-immune des cellules ß pancréatiques productrices d’insuline.

La grande majorité des patients présentent une autre forme de diabète, le diabète de type 2. Le risque de cette maladie augmente avec l’âge, l’obésité et des antécédents familiaux. La méthode classique afin de diagnostiquer le diabète de type 2 est de détecter un taux de glucose plasmatique trop élevé, et le traitement consiste à abaisser empiriquement ce taux de glucose chez le patient.

Aucun des traitements connus n’a un impact sur le caractère progressif de la maladie, nécessitant d’intensifier progressivement le traitement et de passer à un traitement par prise d’insuline.

Figure beta cellLa cellule β du pancréas est l’unique cellule de notre corps capable de produire, de stocker et de sécréter de l’insuline, une hormone qui contrôle le taux de glucose dans le sang. La masse totale de cellules β dans notre corps est d’environ 1 gramme. La modélisation de l’accumulation de la lipofuscine, un marqueur du vieillissement cellulaire, en 3D nous a permis de démontrer que notre capital en masse de cellules β est établi à l’âge de 20 ans et qu’ensuite ces cellules vieillissent avec notre corps. 

2. LE FARDEAU DU DIABÈTE

Le traitement du diabète doit être adapté chez le patient afin de prévenir des complications aiguës telles que l’hypoglycémie et l’hyperglycémie.

L’exposition à long terme à des taux de glucose trop élevés peut provoquer des complications chroniques en endommageant notamment les vaisseaux sanguins.

Le diabète est ainsi la principale cause d’amputation de pied et de jambe, de cécité et d’insuffisance rénale terminale nécessitant alors une dialyse.

Il y a également un risque majeur d’infarctus du myocarde et d’accident vasculaire cérébral.

Le diabète et ses complications figurent parmi les principales causes de décès. En Europe, les dépenses en soins de santé pour le diabète sont d’environ 100 milliards d’euros par an ; et de nombreux pays consacrent actuellement plus de 10% de leur budget national en soins de santé pour le diabète.

Le dysfonctionnement de la cellule β pancréatique est central dans le développement et la progression du diabète de type 2, mais les voies cellulaires critiques médiatrices de la perte des cellules β sont mal comprises.

L’objectif principal de notre groupe de recherche est de clarifier ces mécanismes moléculaires et d’identifier de nouvelles cibles thérapeutiques pour la préservation des cellules β.

 Clipboard01A partir d’observations de la recherche clinique, nous avons identifié le dysfonctionnement des cellules β du pancréas comme mécanisme-clé de la maladie dans le diabète de type 2. Ceci est examiné en laboratoire dans des modèles in vitro et in vivo. Les îlots humains et les cellules souches pluripotentes induites (iPSCs) de patients diabétiques sont des outils biologiques cruciaux pour notre recherche. Dans ces modèles, les mécanismes moléculaires liés au dysfonctionnement cellulaire peuvent être identifiés, et de nouvelles cibles thérapeutiques peuvent être testées. Les approches donnant des résultats significatifs peuvent ensuite être exploitées dans des études cliniques.

3. NOUVEAUX MODÈLES DE LA MALADIE EN BOîTE DE PETRI

Le diabète de type 2 a une pathophysiologie très complexe. La prédisposition génétique et les stress environnementaux (pression chronique qui dérègle l’homéo-stasie) tels que l’alimentation riche en graisses saturées, jouent un rôle essentiel dans le développement de la maladie.

Notre groupe de chercheurs a identifié les réponses de la cellule β à un tel stress métabolique, par la technique de séquençage de l’ARN, à partir d’îlots humains exposés au palmitate, acide gras saturé, et d’îlots provenant de personnes atteintes du diabète de type 2.

Le travail sur cellules β humaines est d’une importance capitale.

Nos études révèlent un stress du réticulum endoplasmique, un dys-fonctionnement de la mitochondrie et des modifications d’ARN de transfert (ARNt) défectueux dans les cellules β.

Fait très intéressant, ces réponses de la cellule β au stress cellulaire jouent également un rôle dans les formes monogéniques du diabète, causées par des mutations d’un seul gène; formes du diabète pouvant par conséquent être utilisées comme modèles humains « knock-out ».

Notre objectif est de mieux comprendre le mécanisme du dysfonctionnement de la cellule β par l’utilisation de modèles expérimentaux, tels que les cellules souches pluripotentes induites (iPSCs) provenant de patients diabétiques. Ces cellules iPSC différentiées en cellules β in vitro permettront également de tester de nouvelles thérapies.

 Clipboard01cCellules pancréatiques β exposées au palmitate, acide gras saturé, mourant par apoptose (mort cellulaire programmée ; cellule de droite), représenté par la translocation de la protéine pro-apoptotique Bax (vert) vers les mitochondries (rouge) et le compactage et la fragmentation du noyau (bleu).

4. LES RÉGULATEURS-CLÉS ET LE STRESS CELLULAIRE MENANT AU DYSFONCTIONNEMENT DE LA CELLULE   β DANS LE DIABÈTE

A partir de nos données de séquençage d’ARN (voir point 3 ci-dessus), des techniques informatiques et annotation manuelle ont montré la modulation de réseaux de gènes régulant la synthèse d’ARNt, la traduction des protéines, la réponse au stress du réticulum endoplasmique, et l’inhibition de la fonction lysosomiale et mitochondriale.

Partie 1: Stress du réticulum endoplasmique

Nous allons examiner le rôle de la voie de signalisation du stress du réticulum endoplasmique dans les cellules β dans des conditions de diabète de type 2, et cibler des composés potentiellement pro-tecteurs de la cellule β. Une fois la protection confirmée sur cellules β, ces agents seront testés dans des modèles in vivo.

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Le stress métabolique induit par les acides gras saturés déclenche le stress du réticulum endoplasmique et mitochondrial, altère la fonction lysosomiale et inhibe la biosynthèse de l’insuline, conduisant au dysfonctionnement et à la mort des cellules β.

Partie 2: Diabète monogénique lié au stress du réticulum endoplasmique

La recherche clinique sur les formes monogéniques de diabète liées au stress du réticulum endoplasmique et à la traduction des protéines sera intégrée à de nouveaux modèles expérimentaux.

Des fibroblastes de peau de patients seront transformés en iPSCs et différenciés en cellules β. Les mutations seront corrigées à l’aide d’une technique ‘CRISPR-Cas édition génomique’, et l’impact sur la fonction et la survie des cellules β sera examiné. Ce modèle original sera également utilisé comme plate-forme pour la découverte et le dépistage de drogues éventuelles.

Partie 3 : Diabète monogénique lié à une mutation dans TRMT10A

Des formes monogéniques de diabète liées à des modifications d’ARNt seront étudiées.

Nous avons récemment identifié une mutation homozygote dans la méthyltransférase TRMT10A de l’ARNt comme cause d’un nouveau syndrome du diabète associé à une microcéphalie.

Nous allons étudier la fonction biochimique de TRMT10A, l’impact de la perte de sa fonction sur le fonctionnement et l’apoptose des cellules β, et cibler des agents thérapeutiques.

Partie 4: Rôle des modifications d’ARNt dans les cellules β

Nous proposons également d’étudier la contribution potentielle des modifications d’ARNt dérégulées sur le dysfonction-nement et l’apoptose des cellules β dans le diabète de type 2.

Partie 5: Diabète monogénique lié à la dysfonction mitochondriale dans l’ataxie de Friedreich

L’impact de la dysfonction mitochondriale sur la fonction et la survie des cellules β sera étudié. L’ataxie de Friedreich, une maladie monogénique mitochondriale, est caractérisée par une neuro- dégénérescence et le diabète.

Nous allons différencier des iPSCs de patients en cellules β (et neurones) et étudier l’impact d’agonistes du GLP-1 sur la fonction mitochondriale et la viabilité cellulaire. Ceci sera traduit dans un essai clinique de thérapie au GLP-1 chez des patients atteints d’ataxie de Friedriech.

5. L’ ULB CENTER FOR DIABETES RESEARCH

L’équipe de recherche de Miriam Cnop est composée de : 2 professeurs associés, 4 chercheurs postdoctoraux, 3 étudiants doctorants, 1 étudiant MD-PhD, 1 étudiant en Master et 1 technicien.

L’ULB Center For Diabetes Research, dirigé par le Professeur Decio L Eizirik, est un centre de renommée internationale axé sur l’étude du diabète et de la biologie des cellules β pancréatiques.

Il réunit environ 40 scientifiques travaillant dans les domaines du diabète de type 1, du diabète de type 2, les formes monogéniques du diabète, de la virologie et de la pharmacologie.

L’ULB Center For Diabetes Research a récemment uni ses forces avec des équipes de recherche de la VUB, et a ainsi créé le ‘Brussels Diabetes Research Pole, a ULB-VUB Joint Research Group’.

6. BESOINS EN FINANCEMENT SUR 4 ANS

Pour mener à bien le projet actuel, l’équipe comprendra un chercheur senior, un chercheur postdoctoral junior et un étudiant de doctorat.

Les dépenses en équipement seront consacrées à l’extension de notre infrastructure hébergeant notre laboratoire iPSC.

Les dépenses en fournitures couvriront les coûts liés à la culture iPSC et réactifs de différenciation, à la caractérisation des cellules différenciées par immunocytochimie, au FACS et qPCR, à l’édition génomique d’iPSC, et aux modèles in vivo de souris pour les étapes tardives de différenciation cellulaire, y compris les frais de logement des animaux et mesures d’insuline et C-peptide, les expériences sur îlots humains, les méthodes de biologie moléculaire telles que siRNA, les vecteurs adénoviraux, Western blots, les anticorps, l’extraction de l’ARN et RT, qPCR, ChiP et séquençage de l’ARN, et tests de criblage à haut débit.

 

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Les recherches du Pr. Dr. Miriam Cnop sont soutenues notamment par:ff

 

Bloquer l’initation des cancers de la peau

L’équipe du Dr. Cédric Blanpain démontre dans la revue Nature l’importance du facteur de transcription Sox2 dans l’initiation et la croissance des cancers cutanés ainsi que dans la régulation des cellules souches cancéreuses dans le carcinome spinocellulaire de la peau, qui touche plus d’un demi-million de personnes dans le monde chaque année et qui est le deuxième cancer de la peau le plus fréquent. Pour en savoir plus

Réguler la barrière hémato-encéphalique
Benoit Vanhollebeke

Comment se mettent en place les barrières biologiques qui protègent le cerveau ?
Comment les franchir pour traiter les maladies du système nerveux central ?
Comment les restaurer lorsqu’elles sont déficientes ?

Dernières nouvelles:

Le Pr. Vanhollebeke présente ses recherches en vidéo

  • Le Prof. Benoit Vanhollebeke fait partie des lauréats du Welbio Starting Grant 2017
  • L’équipe du Prof. Vanhollebeke décrit le mécanisme qui régit la formation des vaisseaux sanguins de notre cerveau (eLIFE, 8.6.2015) Communiqué de presse eLife
L’image de gauche est une reconstruction par microscopie confocale du réseau vasculaire cérébral d’un embryon normal, celle de droite celui d’un embryon qui est génétiquement déficient pour le complexe que nous avons découvert.

Biographie

Né en 1979. Docteur en Sciences, ULB (2008), Master en Sciences, ULB (2004), Bioingénieur, UCL (2003). Postdoctorat à l’University of California (San Francisco) dans le laboratoire du Pr. Didier Stainier. Benoit Vanhollebeke est Professeur assistant et chercheur au sein de l’Institut de Biologie et de Médecine Moléculaires (IBMM, ULB).

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Projet

1. Les enjeux

barrire (1)Le cerveau est bien protégé. Abrité des chocs par la boîte crânienne, les méninges et le liquide céphalorachidien, il est en outre équipé d’un filtre biologique complexe: la barrière hémato-encéphalique. Cette interface hautement contrôlée entre le système sanguin périphérique et le système nerveux central assure l’homéostasie du liquide qui baigne le cerveau et le protège des pathogènes et des neurotoxines qui circulent dans le sang.

Les fonctions d’isolement et de protection du cerveau font cependant de cette barrière un obstacle majeur dans le traitement des maladies du système nerveux central, en excluant plus de 98% des molécules thérapeutiques potentielles.

A contrario, une barrière endommagée génère une accumulation excessive de fluide dans le cerveau qui participe à la physiopathologie d’un grand nombre de maladies telles l’accident vasculaire cérébral, les maladies neurodégénératives ou les pathologies neuroinflammatoires.

La recherche biomédicale sur la barrière hémato-encéphalique poursuit donc deux objectifs opposés : restaurer ses fonctions protectrices lorsqu’elle est endommagée et développer des méthodes permettant aux molécules thérapeutiques de la franchir.

barrire2 (1)

2. Le substrat anatomique: l’endothélium cérébral

vaisseauxCouplé à la pompe cardiaque, le système vasculaire véhicule les gaz dissous, les nutriments et les cellules sanguines à travers les différents organes du corps humain. Au sein de chaque organe, les cellules endothéliales qui tapissent les vaisseaux sanguins se spécialisent pour s’adapter aux nécessités locales.

Dans le foie, lieu de métabolisme privilégié, et dans de nombreux autres organes, la paroi de l’endothélium est poreuse et les échanges de part et d’autre des vaisseaux sanguins sont importants. En revanche, l’endothélium cérébral adopte un ensemble de propriétés, collectivement appelées barrière hémato-encéphalique, qui exercent un contrôle très strict sur la pénétration de molécules et de cellules dans le cerveau.

Le fonctionnement optimal des connexions synaptiques du cerveau requiert en effet un environnement ionique stable que la barrière hémato-encéphalique aide à maintenir. Elle exerce aussi un rôle protecteur en isolant le système nerveux central des composés – endogènes ou exogènes – qui circulent dans le sang et en excluant les pathogènes périphériques.

3. L’objectif fondamental : déchiffrer les signalisations de l’unité neurovasculaire

L’étanchéité de la barrière hémato-encéphalique repose sur diverses adaptations morphologiques et biochimiques des cellules endothéliales cérébrales: complexité des jonctions intercellulaires, limitation du trafic intracellulaire, expression d’une large gamme de transporteurs et d’enzymes métaboliques.

Ces différentes adaptations sont le fruit d’une communication complexe entre les cellules endothéliales et divers composants cellulaires et acellulaires associés, qui ensemble forment une entité fonctionnelle cohérente, l’unité neurovasculaire.

Nous cherchons à définir le dialogue moléculaire entre les cellules endothéliales, les péricytes qui leur sont étroitement accolés et avec qui elles partagent une épaisse membrane basale, les astrocytes dont les projections tapissent la paroi des capillaires, les neurones qui les entourent et les cellules microgliales.

Plus particulièrement, notre approche s’articule autour de trois questions:

Quelle est la nature moléculaire des signaux qui instruisent les différentes caractéristiques de la barrière hémato-encéphalique au cours du développement embryonnaire et la maintiennent chez l’adulte?

Quelle est la source cellulaire de chacun de ces signaux?

Comment sont-ils perçus et interprétés par les cellules endothéliales?

Notre objectif à long terme est de développer, sur base de ces connaissances, des stratégies permettant de réguler la barrière hémato-encéphalique à des fins thérapeutiques.

4. Le défi : de nouvelles approches.

a. Un vertébré transparent: le poisson-zèbre

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La mise en place de la barrière est précoce tant d’un point de vue développemental qu’évolutif.

Les vaisseaux sanguins gagnent leurs propriétés de barrière aussitôt qu’ils envahissent le tissu cérébral. Comprendre les mécanismes qui gouvernent l’instruction de la barrière hémato-encéphalique relève donc de la biologie du développement.

L’étude de la perméabilité vasculaire chez la souris de laboratoire, modèle de référence, est compliquée par la dispersion du système vasculaire au sein d’un tissu opaque.

La conservation évolutive de la barrière hémato-encéphalique permet cependant son étude chez des organismes vertébrés dont les caractéristiques de développement sont plus adaptées à l’évaluation des perméabilités vasculaires.

En particulier, nous centrons nos efforts sur l’utilisation d’un modèle vertébré en plein essor, le zebrafish ou poisson zèbre, qui possède les grands avantages d’être ovipare et transparent pendant son développement embryonnaire. Ces caractéristiques, combinées à sa petite taille, sa grande fertilité et la palette d’outils génétiques disponibles pour son étude, en font un modèle de choix pour la recherche en biologie vasculaire.

Les divers avantages de ce poisson tropical nous permettent donc de contourner les difficultés techniques qui ont traditionnellement ralenti la recherche sur la barrière hémato-encéphalique et de visualiser pour la première fois ses fonctionnalités en temps réel.

Nous utilisons une combinaison de criblages génétiques et chimiques, de transgénèse et de génération de mutants pour découvrir les molécules et les voies de signalisation qui gouvernent la mise en place et la pathophysiologie de la barrière hémato-encéphalique.

criblage

b. Un parasite ouvre la voie: le trypanosome africain

Dans notre recherche de moyens pour franchir la barrière hémato-encéphalique, nous nous inspirons des solutions évolutives mises en place par certains pathogènes microbiens dont le cycle de vie implique la colonisation du système nerveux central.

Nous focalisons notre attention sur le trypanosome africain, un parasite extracellulaire tropical qui provoque des ravages en Afrique subsaharienne en causant la maladie du sommeil. Ce parasite tue son hôte mammifère après avoir traversé la barrière hémato-encéphalique par des mécanismes encore mal connus.

Nous exploitons les techniques génétiques de parasitologie moléculaire pour disséquer l’interaction entre le parasite et les cellules endothéliales, afin d’une part de révéler de nouvelles stratégies de traversée de la barrière et d’autre part de mettre le parasite en défaut en bloquant son invasion du cerveau.

5. Un réseau collaboratif

La recherche en biologie vasculaire bénéficie grandement de la complémentarité des modèles zebrafish et murin. Alors que les caractéristiques du premier le positionnent idéalement pour découvrir de nouveaux gènes ou voies de signalisation difficilement prévisibles, le second offre un cadre physiologique de référence et d’autres outils génétiques et biochimiques permettant d’élargir l’analyse.

Dans ce contexte, une étroite collaboration a été établie depuis plusieurs années avec un expert de la barrière hémato-encéphalique chez la souris, le professeur Richard Daneman de l’Université de Californie à San Francisco.

Par ailleurs, le laboratoire garde des contacts privilégiés avec le laboratoire du professeur Didier Stainier (Max Planck Institute for Heart and Lung Research), et celui du professeur Etienne Pays (ULB), des experts de la biologie du zebrafish et du trypanosome africain respectivement.

6. Un financement déterminant

Ce projet ambitieux et novateur sert de base à l’établissement du laboratoire du Dr. Benoit Vanhollebeke au sein de l’Institut de biologie et de médecine moléculaires (IBMM) de l’ULB.

Cet institut multidisciplinaire regroupe plus de 250 scientifiques issus de la faculté des Sciences et de la faculté de Médecine. L’Institut d’Immunologie Médicale (IMI) et du Centre de Microscopie et d’Imagerie Moléculaire (CMMI) viennent compléter ce pôle d’excellence de l’ULB.

A travers ce financement catalyseur, non seulement un nouveau laboratoire sera créé, mais plus généralement une large communauté scientifique de l’ULB, et de l’IBMM en particulier, sera dotée d’un outil expérimental moderne qui permet régulièrement des découvertes majeures dans des domaines aussi variés que l’immunologie, la biologie cellulaire, les cellules souches, la régénération tissulaire, la biologie vasculaire, ou les neurosciences.

Autre

La fiche du projet disponible en PDF ici.

Des cellules souches aux circuits neuronaux
Pierre Vanderhaeghen

Cellules souches : mécanismes et applications aux maladies neurologiques.

Dernières nouvelles:

  • Pierre Vanderhaeghen (ULB), Bart de Strooper (KUL) et Jean-Pierre Brion (ULB), révèlent que contrairement aux neurons de souris, les neurones humains sont extrêmement vulnérables à la maladie d’Alzheimer (Neuron, Mars 2017) – communiqué de presse – Neuron 2017
  • L’équipe de Pierre Vanderhaeghen démontre l’efficacité des nouvelles cellules cérébrales greffées (Neuron, 5 mars 2015 > PRESS RELEASE FREN ) Pour en savoir plus
  • Pierre Vanderhaeghen remporte un prestigieux European Research Council Advanced Grant
  • Pierre Vanderhaeghen est nommé pour la Chaire Axa in Neuroscience and Longevity
  • Pierre Vanderhaeghen publie une première mondiale en transplantant des cellules nerveuses du cortex cérébral humain sur un cerveau de souris qui se connectent avec celui-ci de façon fonctionnelle.

Biographie

PVDHPierre Vanderhaeghen. Né en 1967. Docteur en médecine (ULB), Docteur en Sciences biomédicales (ULB),  Professeur à l’ULB, Directeur de l’ULB Neuroscience Institute (UNI), Co-Directeur de l’Institut de Recherche Interdisciplinaire en Biologie Humaine et Moléculaire (I.R.I.B.H.M., ULB), Titulaire de la Chaire Axa « Neuroscience et Longévité ». Membre de l’Académie Royale de Médecine de Belgique. Avec son équipe, il a découvert des mécanismes importants du développement cérébral et a développé un modèle original de développement du cortex à partir de cellules souches de souris. Il est lauréat de nombreux prix dont: le Prix Francqui (2011), Prix Roger de Spoelberch (2010), Prix Solvay (2009), Prix Clerdent (2008), Prix UCB (2006), Prix Horlait-Dapsens (1996), Prix Specia (1992), Prix Fleurice-Mercier (1987).

Le projet

1 – ETAT DE L’ART

Le cortex cérébral est l’une des structures les plus importantes de notre cerveau: c’est lui qui contrôle nos mouvements, nos perceptions, et nos fonctions cognitives supérieures. Il est aussi la cible de nombreuses maladies neurologiques (accidents vasculaires, maladies dégénératives, troubles neuropsychiatriques, épilepsies), dont les causes restent souvent mystérieuses et dont la plupart restent incurables aujourd’hui.

Si la complexité du cortex lui confère sa puissance fonctionnelle, elle rend aussi son étude particulièrement difficile. Face à ce constat, notre équipe a développé des approches innovantes permettant de générer des « modèles réduits » du cerveau, s’appuyant sur les technologies émergentes des cellules souches pluripotentes (cellules ES embryonnaires et iPS induites à partir de fibroblastes de peau). Récemment, nos travaux ont ainsi permis de montrer que les cellules ES peuvent être transformées en neurones du cortex, selon un mécanisme qui récapitule une grande partie de la complexité corticale, mais au sein de boîtes de cultures cellulaires. Ces neurones peuvent ensuite être greffés au sein de cerveaux de souris, et sont alors capables de développer des projections nerveuses spécifiques avec le cerveau hôte.

2 – OBJECTIFS

La question cruciale de la fonctionnalité de ces neurones dans le cerveau après la greffe reste cependant incomplètement résolue, en particulier du fait des difficultés techniques des études fonctionnelles.

Cette question est non seulement importante d’un point de vue fondamental, mais aussi dans la perspective à plus long terme de l’utilisation de telles approches dans des stratégies de réparation de lésions du cortex cérébral, en général incurables aujourd’hui. C’est ce que nous nous proposons d’étudier dans le présent projet, en utilisant une approche multidisciplinaire, combinant techniques de biologie moléculaire, neuroanatomie, neurophysiologie et imagerie fonctionnelle, disponibles au sein de notre équipe et en collaboration avec d’autres groupes d’excellence de neurosciences de l’ULB.

Spécifiquement nous nous proposons d’appliquer une technique de développement très récent, l’optogénétique (jugée ‘technology of the year’ par la revue Science en 2010), qui permet de stimuler les neurones de façon spécifique par l’expression de protéines-canaux particulières, appelées ‘channelorhodopsins’ ou ChR, qui peuvent exciter les neurones après stimulation sélective par un rayon de lumière approprié. Cette technologie, qui révolutionne actuellement de nombreux autres domaines de la recherche sur le cerveau, permettra de contrôler avec une grande précision et efficacité l’activité des neurones greffés, et uniquement ces neurones, ce qui permet de réaliser des expériences fonctionnelles complexes avec une spécificité et une sensibilité inégalées.

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3 – APPROCHES EXPERIMENTALES ET MISE EN OEUVRE

  •  Ce projet ambitieux nécessitera tout d’abord la génération de cellules souches, de souris ethumaines, exprimant la protéine ChR, par des techniques de biologie moléculaire et cellulaire maîtrisées au laboratoire.
  •  Ces cellules seront ensuite différenciées en neurones du cortex cérébral, grâce aux technologies spécifiques de ‘corticogenèse’ que notre laboratoire a inventées (Gaspard et al., Nature 2008;Nature Protocols 2009).
  •  La fonctionnalité de l’approche sera d’abord contrôlée, en combinant stimulation lumineuse et enregistrements électrophysiologiques in vitro, afin de vérifier la faisabilité de l’approche.
  •  Enfin, la stimulation optogénétique sera réalisée sur des neurones après greffe intracérébrale(chez la souris) grâce à des microfibres optiques, et le fonctionnement cérébral sera étudié par une combinaison de techniques d’enregistrements électrophysiologiques (ex vivo et in vivo), d’imagerie fonctionnelle, et d’analyse comportementale.
  •  Ces différentes approches seront tout d’abord réalisées avec des cellules souches embryonnaires de souris. Elles seront ensuite implémentées aux cellules ES et iPS humaines.

Cette approche multidisciplinaire nécessitera de nombreuses compétences complémentaires qui ne peuvent se retrouver au sein d’un seul groupe: elle sera donc réalisée en collaboration avec d’autres équipes de Neurosciences fondamentales et cliniques de l’ULB (laboratoires de Neurophysiologie, de Cartographie Fonctionnelle du Cerveau, et de Neurologie Expérimentale). Il bénéficiera également de nos contacts collaboratifs avec des groupes pionniers des technologies optogénétiques (Prs. K. Deissenroth, Stanford U., USA; A. Adamantidis, McGill U., Canada). En termes de moyens, le projet nécessitera en particulier (cf budget en annexe):

– l’acquisition d’équipements spécifiques (microfibres optiques, sources lasers)

– l’achat de matériel consommable (culture de cellules souches et chirurgie de souris)

– l’engagement de personnel hautement qualifié (chercheur postdoctoral).

Ce projet ‘high risk / high gain’, à la frontière des technologies des cellules souches et des neurosciences, permettra de progresser de façon importante dans notre compréhension de la fonction de neurones générés à partir de cellules souches, et d’étudier les mécanismes par lesquels ces neurones peuvent contribuer à la fonction cérébrale, et ainsi potentiellement à la réparation de lésions du cerveau.

BUDGET SUR BASE ANNUELLE

La durée du projet est évaluée à quatre ans.

NB: Etant donné son caractère risqué et multidisciplinaire, ce projet ne bénéficie à l’heure actuelle d’aucun financement spécifique.

Cliquez ici pour dérouler le tableau du budget

Voir aussi l’Institut de Neuroscience de l’ULB – UNI

Téléchargez la fiche projet en pdf: des cellules souches aux circuits neuronaux

Quelques publications:

Pyramidal neurons derived from human pluripotent stem cells integrate efficiently into mouse brain circuits in vivoEspuny-Camacho I, Michelsen K, Gall D, Linaro D, Hasche A, Bonnefont J, Bali C, Orduz D, Bilheu A, Herpoel A, Lambert N, Gaspard N, Peron S, Schiffmann S, Giugliano M, Gaillard A, Vanderhaeghen PNEURON, 77, 440-56, 2013
Ephrin-B1 controls the columnar distribution of cortical pyramidal neurons by restricting their tangential migrationDimidschstein J, Passante L, Dufour A, Van Den Ameele J, Tiberi L, Hrechdakian T, Adams r, Klein R, Lie D, Jossin Y, Vanderhaeghen PNEURON, 79, 1123-35, 2013
BCL6 controls neurogenesis through Sirt1-dependent epigenetic repression of selective Notch targetsTiberi L, Van Den Ameele J, Dimidschstein J, Piccirilli J, Gall D, Herpoel A, Bilheu A, Bonnefont J, Iacovino M, Kyba M, Bouschet T, Vanderhaeghen PNATURE NEUROSCIENCE, 15, 1627-35, 2012
An intrinsic mechanism of corticogenesis from embryonic stem cellsGaspard N, Bouschet T, Hourez R, Dimidschstein J, Naeije G, Van Den Ameele J, Espuny-Camacho I, Herpoel A, Passante L, Schiffmann S, Gaillard A, Vanderhaeghen PNATURE, 455, 351-7, 2008
Ephrin signalling controls brain size by regulating apoptosis of neural progenitorsDepaepe V, Suarez-Gonzalez N, Dufour A, Passante L, Gorski J, Jones K, Ledent C, Vanderhaeghen PNATURE, 435, 1244-50, 2005