Des régions spécifiques du cerveau sont atrophiées dans les maladies neurodégénératives, cependant, les différences physiologiques d'un patient à l'autre rendent difficile la prédiction de la progression de le neurodégénération chez une personne spécifique.

Une théorie importante de la progression des maladies neurodégénératives soutient que les protéines pathologiques mal repliées passent d'un neurone à l'autre via la propagation trans-synaptique. Seeley et ses collègue, mais aussi d'autres come H Braak ont proposé précédemment, sur la base de cette idée, que la maladie débute dans une région du cerveau, l'épicentre, et se propage dans de nouvelles régions fonctionnellement connectées.

La plupart des informations à cet égard provenaient de données transversales. Il restait à prouver si un tel modèle prédisait une atrophie longitudinale chez des patients individuels. Dans la présente étude, les auteurs ont cherché à faire exactement cela chez les patients atteints de démence comportementale variante frontale (bvFTD) ou de la variante sémantique de l'aphasie progressive primaire (svPPA), deux formes de démence fronto-temporale avec des schémas distincts d'atrophie. Ils ont supposé que, dans un trouble particulier, des patients individuels auraient des épicentres distincts qui dicteraient des différences dans la progression globale de la maladie.

En général, les épicentres se chevauchent chez les patients atteints du même syndrome. Chez les patients atteints de bvFTD, ils résidaient le plus souvent dans le cortex cingulaire antérieur et le cortex fronto-sinusien. Chez les personnes atteintes de svPPA, l'épicentre avait tendance à être proche du lobe temporal antérieur. Même dans ce cas, l'emplacement exact des épicentres variait encore considérablement d'une personne à l'autre. Fait intéressant, bien que ces épicentres aient toujours montré des signes d’atrophie, ils ne constituaient pas nécessairement les zones de plus grande perte de volume. Au sein de chaque maladie, les modèles d’atrophie différaient considérablement d’une personne à l’autre.

Les scientifiques dirigés par Jesse Brown et Bill Seeley, de l’Université de Californie à San Francisco, ont utilisé une seule IRM structurelle chez 72 patients atteints de démence fronto-temporale pour prédire quelles régions de leur cerveau succomberaient à la maladie.

Ils ont été capable de déterminer l'origine probable de la maladie - son épicentre - et ont utilisé des cartes de connectivité fonctionnelle pour extrapoler les régions susceptibles de s'atrophier par la suite, au cours de l'évolution de la maladie. Leurs prévisions semblent en effet bien corrélées avec la perte de volume cérébral au cours des années suivantes. les auteurs suggèrent que cette méthode fournit un biomarqueur individualisé pour les essais cliniques et aussi pour faire un diagnostic précoce. Brown et ses collègues montrent que la biologie clé en jeu dans les maladies neurodégénératives implique la physiologie fonctionnelle de réseaux cérébraux à grande échelle qui soutiennent le fonctionnement mental. Comme dans les études précédentes, les méthodes utilisées dans cette étude ne permettent pas de différencier les modèles concurrents de neurodégénérescence en réseau.

Pour identifier les régions susceptibles de s’atrophier à mesure que la maladie progressait, les chercheurs ont élaboré un modèle de prévision prenant en compte trois facteurs: le lien fonctionnel d’une région à l’épicentre, le rétrécissement de ses voisins les plus proches et la perte de volume de référence. À partir de là, les chercheurs ont déterminé les schémas probables d’atrophie de 42 patients volontaires de bvFTD et de 30 patients atteints de svPPA. Ces participants ont ensuite effectué en moyenne trois autres analyses séparées de six à 14 mois, et les chercheurs ont comparé les résultats attendus à la perte réelle.

Deux aspects de l’étude sont particulièrement remarquables. Le premier est l'idée d'un modèle de prédiction personnalisé de l'atrophie longitudinale du cerveau, basé sur l'hypothèse de propagation trans-neuronale. La seconde est l'introduction d'un concept appelé «risque nodal», qui est une mesure du risque régional de l'atrophie future basée sur le degré d'atrophie de base dans les régions hautement fonctionnellement connectées. Comparée aux approches précédentes au niveau du groupe, une métrique individualisée du taux et de la directionnalité de l'atrophie cérébrale imminente a d'importantes ramifications potentielles pour la pratique clinique et les essais cliniques. Par exemple, l’atrophie cérébrale étant intimement liée à la progression clinique de la maladie, cette méthode basée sur la connectivité peut s’avérer utile pour le pronostic de diverses maladies neurodégénératives. En outre, les groupes placebo et traitement pourraient être soigneusement comparés aux taux d'atrophie attendus au cours des essais cliniques. De plus, l’identification d’un groupe de «progresseurs rapides» peut permettre un dépistage plus efficace des candidats-médicaments (c'est-à-dire une durée plus courte et moins de personnes).

Les chercheurs ont constaté que le taux de perte de volume différait selon les régions du cerveau. Pour la plupart, ces modèles d’atrophie s’apparentaient assez bien, avec un coefficient de corrélation de 0,65. Pour 16 patients, dont 13 avec bvFTD, le modèle n'a pas permis de prédire la perte de volume, avec un coefficient de corrélation moyen de -0,04. La plupart de ces patients avaient une atrophie initiale limitée et un épicentre confus. La plus forte contraction s’est produite non pas chez les épicentres eux-mêmes, mais chez leurs voisins de premier degré. Peut-être que l'épicentre avait déjà dégénéré autant qu'il le ferait, alors que les voisins du premier degré commençaient tout juste à commencer, ont psupposé les auteurs. "Cela a des implications fondamentales pour les essais cliniques qui utiliseraient des index dérivés de l'imagerie comme résultat", a écrit Bejanin. "Les meilleures régions pour évaluer l'effet des médicaments modificateurs de la maladie ne devraient pas être celles qui sont principalement visées par la maladie, ni les plus atrophiées, mais celles qui sont le plus connectées à ces régions."

La méthode nécessite des informations importantes sur le schéma neurodégénératif émergent, ce qui peut entraver l'application aux premiers stades de la maladie. Elle n’est pas encore suffisamment raffiné pour pouvoir être utilisé dans les essais cliniques. Dans cette étude, les données regroupées sur le connectome fonctionnel d’un groupe de personnes en bonne santé étaient utilisées pour prédire la connectivité, mais que l’utilisation du connectome propre à un patient améliorerait probablement les prévisions. Avec une meilleure précision, ce modèle pourrait fournir un indicateur de validation de principe pour les essais cliniques de stade précoce à intermédiaire. Par exemple, si une thérapie entraîne moins d'atrophie que prévu, elle pourrait encourager les parties prenantes à procéder à un essai de confirmation.

Cepeandant, bien qu’elle soit fortement corrélée, l’atrophie n’est pas équivalente à la pathologie sous-jacente. Ainsi, certains des effets directs de la pathologie sur la cognition et/ou le comportement (c’est-à-dire sans médiation par une atrophie) peuvent ne pas être capturés.

un objectif plus lointain est de prédire suffisamment l'atrophie pour prévnir les patients sur les symptômes auxquels ils peuvent s'attendre à l'avenir. Ce modèle pourrait être utile dans d’autres maladies neurodégénératives, y compris la maladie d’Alzheimer, bien que la double protéinopathie de l’Aβ et de la protéine Tau rende probablement la situation plus compliquée.

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Ce livre retrace les principales réalisations de la recherche sur la SLA au cours des 30 dernières années. Il présente les médicaments en cours d’essai clinique ainsi que les recherches en cours sur les futurs traitements susceptibles d’ici quelques années, d’arrêter la maladie et de fournir un traitement complet en une décennie ou deux.

Living organisms use energy in a radically different way than immune cells in vitro.

For years, scientists have used cells grown in Petri dishes to study the metabolic processes that fuel the immune system. But a new article suggests that living organisms use energy in a radically different way from immune cells in vitro.

The scientific consensus since Warburg's work is that immune cells, called T cells, convert glucose into energy to fuel cellular function. In fact there are different mechanisms by which a cell can get energy, the so-called metabolism or also respiration.

How do the cells get energy?

On the one hand, we distinguish anabolism, which represents all the biosynthetic pathways of cellular constituents, and on the other hand, catabolism, which represents all the pathways of degradation of these cellular constituents into small molecules to release them. energy by oxidation or to rebuild other cellular constituents.

Catabolism can be differentiated between aerobic and anaerobic respiration. Aerobic respiration includes glycolysis, oxidative decarboxylation of pyruvate, citric acid cycle, oxidative phosphorylation.

The main degradation pathway is glycolysis, where sugars such as glucose and fructose are converted to pyruvate and generate ATP. Pyruvate is an intermediate in several metabolic pathways, but the majority is converted to acetyl-CoA by aerobic glycolysis (with oxygen) and introduced into the citric acid cycle.

Lipids are catabolized by hydrolysis to free fatty acids and glycerol. Glycerol enters glycolysis and the fatty acids are decomposed by beta-oxidation to release acetyl-CoA, which is then introduced into the citric acid cycle.

There are two important microbial methane formation pathways, by carbonate reduction (respiration) and acetate fermentation.

Warburg hypothesized that cancer growth is caused by energy-generating tumor cells (such as, for example, adenosine triphosphate / ATP) primarily through anaerobic degradation of glucose (called fermentation or anaerobic respiration). This contrasts with healthy cells, which primarily generate energy from the oxidative decomposition of pyruvate. Pyruvate is a final product of glycolysis and is oxidized in mitochondria. Therefore, according to Warburg, cancer should be interpreted as mitochondrial dysfunction.

For multicellular organisms, during brief periods of intense activity, muscle cells use fermentation to supplement ATP production from slower aerobic respiration.

What was discovered?

Jones and colleagues found that T cells in a living system use glucose as a building block for DNA replication and other maintenance tasks, in addition to converting glucose into raw energy. They also discovered that the way T cells treat glucose evolves during an immune response. The metabolism of glucose in T cells changes dynamically during an immune response. Glucose-dependent serine biosynthesis promotes T-cell proliferation in vivo.

This suggests that T cells can use resources differently in the body when they are fighting a bacterial infection such as Listeria or a disease like cancer.

Naïve CD8+ T cells differentiating into effector T cells increase glucose uptake and transition from resting metabolism to anabolic metabolism. Although much is known about the metabolism of cultured T cells, the way in which T cells utilize nutrients during the in vivo immune response is less well defined. The researchers therefore combined the bioenergetic profiling and 13C glucose perfusion techniques to study the metabolism of CD8+ T cells responding to Listeria infection.

In contrast to the in vitro activated T cells, which exhibit Warburg metabolism, physiologically activated CD8+ T cells exhibited higher levels of oxidative metabolism, higher bioenergetic capacity, differential pyruvate utilization, and high 13C carbon flux. glucose to the anabolic pathways, including the biosynthesis of nucleotides and serine. The glucose-dependent serine biosynthesis induced by the Phgdh enzyme was essential for the expansion of CD8+ T cells in vivo.

Our immune cells do not work in isolation

"It's like watching animal behavior in a zoo or in the wild - our immune cells do not work in isolation - they work with a host of other cells and factors that influence how and when they are used. of energy, "said Russell Jones, Ph.D., lead author of the study and head of the Metabolic and Nutritional Programming Group at the Van Andel Institute. "Understanding cell metabolism is a crucial part of therapeutic development, and our results reinforce the need to study these cells in an environment as close as possible to nature."

The findings have profound implications for how scientists study the complex and interconnected systems that underlie health and disease and how they translate this information into new diagnostic and treatment strategies.

"Immune cells react much more dynamically to infections and diseases than we previously thought," Jones said. "For a while, we're at a stage of metabolism research, it's like we're in the dark under a lamppost, we could only see in front of us, and these results will help us better understand this. which immune cells need for optimal function. "

Which suite will be given?

The results were made possible by a new method developed in consultation with collaborator Ralph DeBerardinis, MD, Ph.D., who allowed Jones and his colleagues to map how T cells use nutrients in living organisms. They have developed a 13C infusion method to study T cell metabolism in vivo

"In the future, this new mapping technique will be invaluable in pursuing studies of specific diseases," said Eric Ma, Ph.D., lead author of the study and a postdoctoral researcher in the field. Jones's laboratory.

In the future, the team plans to design human studies to measure how T cells use glucose and other nutrients when they respond to pathogens or other diseases such as injuries or diseases such as cancer.

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This book retraces the main achievements of ALS research over the last 30 years, presents the drugs under clinical trial, as well as ongoing research on future treatments likely to be able stop the disease in a few years and to provide a complete cure in a decade or two.

History of brain organoids

Cerebral organoids have provided a means of generating complex, three-dimensional and in vitro models of human neurons that summarize, in part, neuronal diversity and aspects of the physical architecture of the developing brain, such as stratification.

The researchers led by Lancaster generated the first cortical organoids in 2013. They seeded stem cells in a three-dimensional matrix with a nutrient bath. Within a month, the cells have differentiated and formed small structures of a few millimeters, looking like miniature brains. These cell layers mimicked structures such as the hippocampus and cerebral cortex. Without blood supply, however, the neurons at the center of these organoids decayed and eventually died.

The brain organoids as models

The organoids of the human brain have become a promising model for the study of neural development and neurological disorders, including Alzheimer's disease. This model has enormous potential for testing therapeutic agents and determining their permeability across the blood-brain barrier.

However, it remains difficult to generate an authentic model that summarizes the complex structure and function of the human brain. Brain organoids can not fully capture the cellular diversity of the brain. The absence of microglia and blood vessels is particularly troublesome, if one wants to apply these organoids to the study of Alzheimer's disease. The absence of a vascular system causes the organoids to become limited in size and contain a largely necrotic nucleus due to the inability of the nutrient fluid to enter the center of the structure.

What is the contribution of Cakir and his colleagues?

Cakir and his colleagues established an organo-cerebral model with a vascular-like system that works in implanted mice. This system is unique in many respects compared to previously published brain organoids.

They generated vascularized human cortical organoids by expressing an endothelial transcription factor. They discovered that such human cortical organoids developed a complex vascular network. The vascularized human cortical organoids were in good health compared to nonvascularized equivalent organoids.

When the authors compared cellular transcriptomes, they found that vascularized human cortical organoids expressed more mature neuronal markers, as well as markers of other cell types, particularly those involved in the formation of neurovascular units. including tight junction markers, astrocyte and pericytic proteins, and transporters.

Application to Alzheimer's disease

In addition, the treatment of vascularized human cortical organoids with oligomeric Aβ42 resulted in tight junction malformation and disruption of the blood-brain barrier, indicating that the blood-brain barrier structure responds to exogenous factors. The vascularized human cortical organoids were grafted into mice and formed functional vascular connections with the host mouse.

With respect to Alzheimer's disease, the authors have shown that oligomeric synthetic Aβ preparations selectively perturb the permeability of the blood-brain barrier in their vascularized human cortical organoids. An interesting question is: Is it possible that high levels of oligomeric Aß could compromise cerebrovascular integrity and allow therapeutic biological products and small molecules to pass freely across the blood-brain barrier of patients with Alzheimer's disease?

How to apply brain organoids technology to the study of neurodegenerative diseases?

First, given the known variability among organoids, future studies should address the fundamental issue of reproducibility and functional homogeneity. In addition, the current method for modeling fetal brain-like organoids may be somewhat limited for summarizing a mature brain environment. The vasculature of the adult brain is much more complex, including in the perivascular spaces, which contribute to the elimination of toxic solutes such as Aβ.

The incorporation of iPSC microglia into organoids (Abud et al., 2017), paves the way for the creation of complex, multicellular and human in vitro models to study the mechanisms of non-cellular autonomic diseases in Alzheimer.

It will be very interesting now to investigate whether the blood vessels are able to constrict and dilate, if the pericytes can contract and relax, if the vascularized human cortical organoids would be useful for studying neurovascular coupling, if there is venous and arterial flow and many others questions. The next years of research using vascularized brain organoids will provide more answers and will undoubtedly enable many breakthroughs in the cerebrovascular field.

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/31591580

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Ce livre retrace les principales réalisations de la recherche sur la SLA au cours des 30 dernières années. Il présente les médicaments en cours d’essai clinique ainsi que les recherches en cours sur les futurs traitements susceptibles d’ici quelques années, d’arrêter la maladie et de fournir un traitement complet en une décennie ou deux.

Histoire des organoïdes cérébraux

Les organoïdes cérébraux ont fourni un moyen de générer des modèles complexes, tridimensionnels et in vitro de neurones humains qui récapitulent, en partie, la diversité neuronale et des aspects de l’architecture physique du cerveau en développement, tels que la stratification.

Les chercheurs emmenés par Lancaster ont généré les premiers organoïdes corticaux en 2013. Ils ont ensemencé des cellules souches dans une matrice tridimensionnelle dans un bain nutritif. En l’espace d’un mois, les cellules se sont différenciées et ont formé de petites structures de quelques millimètres, de type cerveau. Ces couches cellulaires possédées imitaient des structures telles que l’hippocampe et le cortex cérébral. Sans apport sanguin, cependant, les neurones situés au centre de ces organoïdes dépérissaient et finissaient par mourir.

Les organoïdes cérébraux comme modèles

Les organoïdes du cerveau humain sont devenus un modèle prometteur pour l’étude du développement neural et des troubles neurologiques, y compris la maladie d’Alzheimer. Ce modèle a un potentiel énorme pour tester les agents thérapeutiques et déterminer leur perméabilité à travers la barrière hémato-encéphalique.

Cependant, il reste difficile de générer un modèle authentique qui récapitule la structure complexe et la fonction du cerveau humain. Les organoïdes cérébraux ne peuvent capturer pleinement la diversité cellulaire du cerveau. L’absence de microglie et de vaisseaux sanguins est particulièrement gênante, si l’on veut appliquer ces organoïdes à l’étude de la maladie d’Alzheimer. L’absence de système vasculaire fait que les organoïdes deviennent limités en taille et contiennent un noyau en grande partie nécrotique en raison de l’incapacité du fluide nutritif à pénétrer au centre de la structure.

Quel est l’apport de Cakir et ses collègues ?

Cakir et ses collègues ont établi un modèle organo-cérébral portant un système de type vasculaire qui fonctionne chez les souris implantées. Ce système est unique à bien des égards comparé aux organoïdes cérébraux publiés antérieurement.

Ils ont généré des organoïdes corticaux humains vascularisés en exprimant un facteur de transcription endothélial. Ils ont découvert que les organoïdes corticaux humains vascularisés développaient un réseau complexe de type vasculaire. Les organoïdes corticaux humains vascularisés étaient en bonne santé par rapport aux organoïdes équivalent non vascularisés .

Lorsque les auteurs ont comparé les transcriptomes unicellulaires, ils ont constaté que les organoïdes corticaux humains vascularisés exprimaient des marqueurs neuronaux plus matures, ainsi que des marqueurs d’autres types de cellules, en particulier ceux impliqués dans la formation d’unités neuro-vasculaires, notamment des marqueurs à jonction serrée, des protéines astrocytaires et péricytiques, et des transporteurs.

Application à la maladie d’Alzheimer

En outre, le traitement des organoïdes corticaux humains vascularisés avec de l’Aβ42 oligomère a entraîné la malformation de jonctions serrées et la perturbation de la barrière hémato-encéphalique, ce qui montre que la structure de type barrière hémato-encéphalique répond à des facteurs exogènes. Les organoïdes corticaux humains vascularisés ont pu être greffé chez des souris et ont formé des connexions vasculaires fonctionnelles avec la souris hôte.

En ce qui concerne la maladie d’Alzheimer, les auteurs ont montré que des préparations d’Aβ synthétiques oligomères perturbaient sélectivement la perméabilité de la barrière hémato-encéphalique dans leurs organoïdes corticaux humains vascularisés. Une question intéressante est alors la suivante: est-il possible que des niveaux élevés d’Aß oligomérique puissent compromettre l’intégrité cérébrovasculaire et permettent aux produits biologiques thérapeutiques et aux petites molécules de passer librement à travers la barrière hémato-encéphalique dans le cerveau de patients atteints de la maladie d’Alzheimer?

Comment appliquer la technologie des organoïdes cérébraux à l’étude des maladies neurodégénératives ?

Tout d’abord, étant donné la variabilité connue entre les organoïdes, les futures études devraient aborder la question fondamentale de la reproductibilité et de l’homogénéité fonctionnelle. En outre, la méthode actuelle pour modéliser des organoïdes ressemblant à un cerveau fœtal, est peut-être quelque peu limité pour la récapitulation d’un environnement cérébral mature. La vasculature du cerveau adulte est beaucoup plus complexe, y compris dans les espaces périvasculaires, qui contribuent à l’élimination des solutés toxiques tels que l’Aβ.

L’incorporation de la microglie iPSC dans les organoïdes (Abud et ses collègues, 2017), ouvrent la voie à la création de modèles in vitro complexes, multicellulaires et humains, permettant d’étudier les mécanismes de maladies autonomes non cellulaires dans la maladie d’Alzheimer.

Il sera très intéressant de rechercher maintenant si les vaisseaux sanguins sont capables de se resserrer et de se dilater, si les péricytes peuvent se contracter et de se détendre, si les organoïdes corticaux humains vascularisés seraient utiles pour étudier le couplage neurovasculaire, s’il existe un flux veineux et artériel et bien d’autres. Les prochaines années de recherche utilisant des organoïdes cérébraux vascularisés apporteront davantage de réponses et constitueront sans aucun doute une avancée décisive dans le domaine cérébrovasculaire.

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/31591580

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I did published a book on ALS research:

Caveats: I am not a doctor, nor a scientist and English is not my mother-tongue.

Here are some take home points:

• Scientists are obsessed by SOD1 (2% of all ALS cases) as a model for ALS. However there is overwhelming evidence this is a fruitless pursuit.

• There are nearly no treatments:

  • For all pALS, a very imperfect treatment is Nurown, but it exists!
  • For SOD1 pALS (2% of all cases), there are two treatments that are in clinical trials.
  • For the other (98%) pALS there are no drugs in the pharmaceutical pipeline. However for most pALS (TDP-43 / 95% of all cases) there are genetic therapies that have recently been published by scientists, but if no one tries to defend them, it will take another 10 years before they are marketed.

• The ALS research is bizarre, scientists often contradict colleagues but nobody seems to care. The consensus still cites theories that have been disproved since decades, like glutamate excitotoxicity. ALS is certainly not one homogeneous disease, but it is still treated as such by scientists. Animal models of ALS have little value in translation of drugs to humans, but moreover often ALS research is done on insects (that have an exoskeleton), or even on unicellular organisms. There is no formalism anywhere, little effort to falsify any thesis.

What can you expect to find in this book:

• A brief description of ALS and its common variants (PLS, PMA, etc): ~7 pages

• A description of the cell in general, from an ALS point of view : ~15 pages

• A strong focus on the neuronal cells, again with ALS in mind: ~34 pages

• The main themes in ALS research (dying forward, excitotoxicity, virus, etc): ~40 pages

• Main achievements of ALS research (SOD1, TDP-43, discovery, etc): ~113 pages

• A focus on clinical trials and 28 drugs: ~37 pages

• Different kind of therapies (MSC, ASO, etc): ~20 pages

• A possible new therapy for ALS (if only a company had the will to investigate it!): ~20 pages

• Futures therapies that are researched now (creating or grafting new neurons): ~17 pages

This is not an easy read, so I tried to explain terms, provide a large section on the neuronal cell at the beginning, and wrote 276 footnotes.

There are no speculations, nor pseudo scientific babble. I am not overly kind either with ALS scientists, clearly they can do much better.

Jean-Pierre Le Rouzic

My book on ALS research

les organismes vivants utilisent l'énergie de façon radicalement différente de la façon de celle des cellules immunitaires in-vitro.

Pendant des années, les scientifiques ont utilisé des cellules cultivées dans des boîtes de Pétri pour étudier les processus métaboliques qui alimentent le système immunitaire. Mais un nouvel article suggère que les organismes vivants utilisent l'énergie de façon radicalement différente de la façon de celle des cellules immunitaires in-vitro.

Le consensus scientifique depuis les travaux de Warburg, est que les cellules immunitaires, appelées cellules T, convertissent du glucose en énergie pour alimenter la fonction cellulaire. En fait il y a différents mécanismes par lequel une cellule peut obtenir de l'énergie, ce que l'on appelle métabolisme ou aussi respiration.

Comment les cellules acquièrent-elle de l'énergie?

on distingue d'une part l'anabolisme, qui représente l'ensemble des voies de biosynthèse des constituants cellulaires, et d'autre part le catabolisme, qui représente l'ensemble des voies de dégradation de ces constituants cellulaires en petites molécules pour en libérer l'énergie par oxydation ou pour rebâtir d'autres constituants cellulaires.

On peut différencier le catabolisme en respiration aérobie et anaérobie. La respiration aérobie comprend la glycolyse, la décarboxylation oxydante du pyruvate, le cycle de l'acide citrique, la phosphorylation oxydative.

La principale voie de dégradation est la glycolyse, où des sucres tels que le glucose et le fructose sont convertis en pyruvate et génèrent de l'ATP. Le pyruvate est un intermédiaire dans plusieurs voies métaboliques, mais la majorité est convertie en acétyl-CoA par glycolyse aérobie (avec oxygène) et introduite dans le cycle de l'acide citrique.

Les lipides sont catabolisés par hydrolyse en acides gras libres et en glycérol. Le glycérol entre dans la glycolyse et les acides gras sont décomposés par bêta-oxydation pour libérer de l'acétyl-CoA, qui est ensuite introduit dans le cycle de l'acide citrique.

Il existe deux voies de formation de méthane microbiennes importantes, par réduction du carbonate (respiration) et fermentation par l'acétate.

Warburg a émis l'hypothèse que la croissance du cancer est causée par des cellules tumorales générant de l'énergie (comme, par exemple, l'adénosine triphosphate / ATP) principalement par la dégradation anaérobie du glucose (appelée fermentation ou respiration anaérobie). Cela contraste avec les cellules saines, qui génèrent principalement de l'énergie à partir de la décomposition oxydante du pyruvate. Le pyruvate est un produit final de la glycolyse et est oxydé dans les mitochondries. Par conséquent, selon Warburg, le cancer devrait être interprété comme un dysfonctionnement mitochondrial.

Pour les organismes multicellulaires, lors de brèves périodes d'activité intense, les cellules musculaires utilisent la fermentation pour compléter la production d'ATP à partir de la respiration aérobie plus lente.

Qu'est-ce qui a été découvert?

Jones et ses collègues ont découvert que les cellules T dans un système vivant utilisent le glucose comme éléments de base pour la réplication de l'ADN et d'autres tâches de maintenance, en plus de la conversion du glucose en énergie brute. Ils ont également découvert que la façon dont les cellules T traitent le glucose évolue au cours d'une réponse immunitaire. Le métabolisme du glucose dans les cellules T change de façon dynamique au cours d'une réponse immunitaire. La biosynthèse de la sérine dépendante du glucose favorise la prolifération des lymphocytes T in vivo.

Ce qui suggère que les cellules T peuvent utiliser les ressources de manière différente dans le corps lorsqu’elles combattent une infection bactérienne telle que Listeria ou une maladie comme le cancer.

Les cellules T naïves CD8 + se différenciant en cellules T effectrices augmentent l'absorption du glucose et le passage du métabolisme au repos au métabolisme anabolique. Bien que l'on en sache beaucoup sur le métabolisme des cellules T en culture, la façon dont les cellules T utilisent les nutriments au cours de la réponse immunitaire in vivo est moins bien définie. Les chercheurs ont donc combiné les techniques de profil bioénergétique et de perfusion de glucose 13C pour étudier le métabolisme des lymphocytes T CD8 + répondant à une infection par Listeria.

Contrairement aux cellules T activées in vitro, qui présentent le métabolisme de Warburg, les cellules T CD8 + activées physiologiquement présentaient des taux plus élevés de métabolisme oxydatif, une capacité bioénergétique plus élevée, une utilisation différentielle du pyruvate et un flux important du carbone 13C-glucose vers les voies anaboliques, y compris la biosynthèse des nucléotides et de la sérine. La biosynthèse de la sérine dépendante du glucose induite par l’enzyme Phgdh était essentielle à l’expansion des cellules T CD8 + in vivo.

Nos cellules immunitaires ne fonctionnent pas en vase clos

"Cela revient à observer le comportement des animaux dans un zoo ou dans la nature. Nos cellules immunitaires ne fonctionnent pas en vase clos - elles travaillent de concert avec une foule d'autres cellules et facteurs qui influencent le mode et le moment d'utilisation de l'énergie, "a déclaré Russell Jones, Ph.D., auteur principal de l'étude et responsable du groupe de programmation métabolique et nutritionnelle de l'Institut Van Andel. "Comprendre le métabolisme cellulaire est un élément crucial du développement thérapeutique. Nos résultats renforcent la nécessité d'étudier ces cellules dans un environnement aussi proche que possible de la nature."

Les résultats ont des implications profondes sur la façon dont les scientifiques étudient les systèmes complexes et interconnectés qui sous-tendent la santé et la maladie et sur la manière dont ils traduisent ces informations en de nouvelles stratégies de diagnostic et de traitement.

"Les cellules immunitaires réagissent de manière beaucoup plus dynamique aux infections et aux maladies que nous ne le pensions auparavant", a déclaré Jones. "Pendant un certain temps, nous en sommes à un stade de la recherche sur le métabolisme, c'est comme si nous étions dans l'obscurité sous un réverbère. Nous ne pouvions voir que devant nous. Ces résultats nous aideront à mieux comprendre ce dont les cellules immunitaires ont besoin pour une fonction optimale ".

Quelle suite va être donnée?

Les résultats ont été rendus possibles grâce à une nouvelle méthode mise au point en consultation avec son collaborateur Ralph DeBerardinis, M.D., Ph.D., qui a permis à Jones et ses collègues de cartographier la manière dont les cellules T utilisent les nutriments dans des organismes vivants. Ils ont mis au point d'une méthode de perfusion 13C pour étudier le métabolisme des cellules T in vivo

"A l'avenir, cette nouvelle technique de cartographie sera d'une valeur inestimable dans la poursuite d'études sur des maladies spécifiques", a déclaré Eric Ma, Ph.D., premier auteur de l'étude et chercheur postdoctoral dans le laboratoire de Jones.

À l’avenir, l’équipe prévoit de concevoir des études sur l’homme afin de mesurer la manière dont les cellules T utilisent le glucose et d’autres nutriments lorsqu’elles réagissent à des agents pathogènes ou à d’autres atteintes telles que des blessures ou des maladies telles que le cancer.

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Alzheimer's, FTD, bvAD and bvFTD

The signs of Alzheimer's disease, which is characterized by a selective amnesia, for example of his relatives, are well known. Fronto-Temporale Dementia (FTD), it is associated with significant changes in social and personal behavior, apathy, blunted emotions and language deficits. The FTD shares gene mutations with ALS. The behavioral variant of frontotemporal dementia (bvFTD) is characterized by changes in social behavior and behavior, with loss of social awareness and insufficient control of impulses.

How to differentiate bvAD from bvFTD?

Singleton and colleagues have shown that Alzheimer's disease, which typically leads to amnesic dementia, may also have behavioral variants (bvAD) and that the phenotype determinant is the anatomy of neurodegeneration.

In a small percentage of people with Alzheimer's disease, early behavioral changes, such as disregard for social norms or loss of empathy, may lead physicians to misdiagnose a behavioral variant of front-line dementia. temporal. How can they better distinguish this variant of Alzheimer's disease? The diagnosis between bvAD and bvFTD is clinically very difficult without imaging.

While structural MRI does not make a significant distinction between bvAD and typical Alzheimer's disease, metabolic PET shows a decrease in the activity of frontense and anterior default mode networks in bvAD, similar to bvFTD .

What is a default neurology network?

In neuroscience, the default network (DMN) is composed of interacting brain regions, whose activity is highly correlated with each other and distinct from other brain networks.

Initially, it was assumed that the default mode network was most often active when a person did not focus on the outside world and his brain was dormant, such as daydreaming or mental observation. However, it is now known that this can contribute to experience elements related to the performance of external tasks. He is also active when the individual thinks of others, thinks of himself, remembers the past and prepares himself for the future. Although the DMN was initially noted as disabled in some goal-oriented tasks and is sometimes referred to as a negative-task network, it may be active in other objective-oriented tasks, such as social work memory or autobiographical tasks. DMN is not correlated with other brain networks such as attention networks.

Studies on DMN have shown disturbances in the DMN of people with Alzheimer's disease and Autism Spectrum Disorder.

The value of neuroimaging for the diagnosis of bvAD

"This is the first study focused on bvAD to show such a variety of neuroimaging features," Singleton said. "This suggests that FDG-PET is more accurate in differentiating these diseases than MRI."

In a previous structural MRI study in 2015, Ossenkoppele and colleagues expected to find frontal cortical atrophy in people with bvAD, but were puzzled to find none.

Singleton and his colleagues examined the 150-person MRI and FDG-PET scans recruited at the University of California, San Francisco, and the University of Berkeley. BvAD was diagnosed in 29 patients, 28 in patients with typical Alzheimer's disease, 28 in patients with DVBt and 65 in cognitively normal subjects.

How does a TEP-FDG work?

Positron emission tomography (PET) scanners detect photons of light energy and construct three-dimensional images from the photons they receive. Scientists can use this ability to detect photons for medical diagnostic purposes if they know where these photons come from and what they represent.

The cells of the human body use glucose, a sugar, as the main source of energy to trigger all reactions and growth. FDG is a glucose molecule to which is attached a radioactive fluorine atom. It is radioactive, but it is not powerful enough to pose a significant risk to health.

When the FDG decomposes, it emits a particle called positron, which then divides into two photons. These are the photons produced by the FDG that the PET scanner detects. As FDG collects in highly active cells such as tumors, most photons come from these regions.

Author Jens Maus http://jens-maus.de/

Metabolism and Alzheimer's

On PET-FDG scans, Singleton and colleagues found a pattern in patients with bvAD that was largely consistent with patients with typical Alzheimer's disease: hypometabolism in the posterior cingulate cortex, precuneus, and temporoparietal lateral. In addition, patients with bvAD had subtle metabolic deficits in fronto-insular areas, including the right lateral frontal lobe and bilateral insula, which did not appear in typical Alzheimer's disease (see image below). -above). This earlier pattern was more similar to that observed in sweeping examinations of patients with bvFTD.

The researchers also measured the uptake of FDG through the brain networks to look for changes in metabolic connectivity. Deficiency in the posterior default network (DMN) was lower in patients with bvAD and typical Alzheimer's disease than in controls, suggesting that these areas were affected in both types of AD. However, less absorption at the previous DMN distinguished bvAD from typical Alzheimer's disease and corresponded to the trend seen in bvFTD.

The researchers found no difference in terms of subcortical atrophy or white matter lesion between typical and bvAD.

These data suggest that common metabolic and connectivity deficits are at the basis of the behavioral phenotype shared by patients with bvAD and bvFTD.

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Alzheimer, FTD, bvAD et bvFTD

On connaît bien les signes de la maladies d'Alzheimer, qui est caractérisée par une amnésie sélective, par exemple de ses proches. La Démence Fronto-Temporale (FTD), elle est associée à des changements importants dans le comportement social et personnel, l'apathie, l'émoussement des émotions et des déficits de langage. La FTD partage des mutations de gènes avec la SLA. La variante comportementale de la démence frontotemporale (bvFTD) est caractérisée par des changements de comportement et de comportement sociaux, avec une perte de conscience sociale et un contrôle insuffisant des impulsions.

Comment différencer la bvAD, de la bvFTD?

Singleton et ses collègues ont montré que la maladie d’Alzheimer, qui conduit typiquement à une démence amnésique, peut également avoir des variantes comportementales (bvAD) et que le déterminant du phénotype est l’anatomie de la neurodégénérescence.

Chez un petit pourcentage de personnes atteintes de la maladie d’Alzheimer, des changements comportementaux précoces, tels qu’un mépris des normes sociales ou une perte d’empathie, peuvent amener les médecins à diagnostiquer par erreur une variante comportementale de la démence fronto-temporale. Comment peuvent-ils mieux distinguer cette variante de la maladie d’Alzheimer? Le diagnostic entre bvAD et bvFTD est cliniquement très difficile sans imagerie.

Alors que l'IRM structurel ne fait pas de distinction significative entre la bvAD et la maladie d’Alzheimer typique, le TEP métabolique montre une diminution de l'activité des réseaux de mode par défaut frontoinsulaire et antérieur dans la bvAD, similaire à la bvFTD.

Qu'est-ce qu'un réseau par défaut en neurologie?

En neuroscience, le réseau par défaut (DMN), est composé de régions cérébrales en interaction, dont l'activité est hautement corrélée les unes avec les autres et distinct des autres réseaux cérébraux.

Au départ, il était supposé que le réseau en mode par défaut était le plus souvent actif lorsqu'une personne ne se concentre pas sur le monde extérieur et que son cerveau est en veille, comme lors de la rêverie ou de l'observation mentale. Cependant, on sait maintenant que cela peut contribuer à des éléments d'expérience liés aux performances de tâches externes. Il est également actif lorsque l'individu pense aux autres, pense à lui-même, se souvient du passé et se prépare pour l'avenir. Bien que le DMN ait été initialement remarqué comme étant désactivé dans certaines tâches orientées objectifs et soit parfois appelé réseau à tâches négatives, il peut être actif dans d'autres tâches orientées objectifs, telles que la mémoire de travail social ou les tâches autobiographiques. Le DMN n'est pas corrélé avec d'autres réseaux du cerveau tels que les réseaux d'attention.

Les études sur le DMN ont montré des perturbations dans le DMN des personnes atteintes de la maladie d'Alzheimer et du trouble du spectre de l'autisme.

Intérêt de la neuroimagerie pour le diagnostic de la bvAD

«Il s'agit de la première étude axée sur bvAD à montrer une telle diversité de fonctionnalités de neuroimagerie», a déclaré Singleton. «Cela suggère que la TEP-FDG est plus précise dans la différenciation de ces maladies que l'IRM».

Dans une précédente étude d'IRM structurelle en 2015, Ossenkoppele et ses collègues s'attendaient à trouver une atrophie corticale frontale chez les personnes atteintes de bvAD, mais ont été perplexes de n'en trouver aucune.

Singleton et ses collègues ont examiné les scanners IRM et FDG-PET de 150 personnes recrutées à l'Université de Californie, à San Francisco et à l'Université de Berkeley. BvAD avait été diagnostiqué chez 29 patients, 28 chez des patients atteints de maladie d’Alzheimer typique, 28 chez des patients atteints de DVBt et 65 chez des sujets cognitivement normaux.

Comment marche un TEP-FDG?

Les scanners de tomographie par émission de positons détectent les photons d'énergie lumineuse et construisent des images tridimensionnelles à partir des photons qu'ils reçoivent. Les scientifiques peuvent utiliser cette capacité pour détecter des photons à des fins de diagnostic médical s'ils savent d'où proviennent ces photons et ce qu'ils représentent.

Les cellules du corps humain utilisent le glucose, un sucre, comme principale source d'énergie pour déclencher toutes les réactions et la croissance. Le FDG est une molécule de glucose à laquelle est attaché un atome de fluor radioactif. Il est radioactif, mais il n’est pas assez puissant pour poser un risque important pour la santé.

Lorsque le FDG se décompose, il émet une particule appelée positron, qui se divise ensuite en deux photons. Ce sont les photons produits par le FDG que le scanner PET détecte. Comme le FDG se rassemble dans des cellules très actives comme des tumeurs, la plupart des photons proviennent de ces régions.

Auteur Jens Maus http://jens-maus.de/

Métabolisme et Alzheimer

Sur les scanners TEP-FDG, Singleton et ses collègues ont trouvé un motif chez les patients atteints de bvAD qui correspondait dans une large mesure à des patients atteints de maladie d’Alzheimer typique: hypométabolisme dans le cortex cingulaire postérieur, le précuneus et les régions temporopariétales latérales. En outre, les patients atteints de bvAD présentaient des déficits métaboliques subtils dans les régions fronto-insulaires, y compris le lobe frontal latéral droit et les insula bilatérales, qui n'apparaissaient pas dans une maladie d’Alzheimer typique (voir l'image ci-dessus). Ce schéma antérieur ressemblait davantage à celui observé lors des examens par balayage des patients atteints de bvFTD.

Les chercheurs ont également mesuré l'absorption de FDG à travers les réseaux cérébraux afin de rechercher des changements dans la connectivité métabolique. La consommation dans le réseau en mode postérieur par défaut (DMN) était plus faible chez les patients atteints de bvAD et de maladie d’Alzheimer typique que chez les témoins, suggérant que ces zones étaient affectées dans les deux types de DA. Cependant, moins d'absorption au niveau de la DMN antérieure distinguait la bvAD de la maladie d’Alzheimer typique et correspondait à la tendance observée dans la bvFTD.

Les chercheurs n'ont trouvé aucune différence en termes d'atrophie sous-corticale ou de lésion de la substance blanche entre typique et bvAD.

Ces données suggèrent que des déficits métaboliques et de connectivité communs sont à la base du phénotype comportemental partagé par les patients atteints de bvAD et de bvFTD.

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