Un approvisionnement adéquat en sang est essentiel au fonctionnement normal du cerveau. D'un autre côté, les déficits du flux sanguin cérébral et le dysfonctionnement de la barrière hémato-encéphalique sont des signes précoces de troubles neurodégénératifs chez l'homme et les modèles animaux.

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Un approvisionnement suffisant en sang des 86 milliards de neurones du cerveau humain, est obtenu grâce à un vaste réseau vasculaire bien régulé d'artères, d'artérioles, de capillaires, de veinules et de veines atteignant environ 600 km de longueur. L'activité neuronale déclenche une augmentation de l'approvisionnement régional en sang oxygéné en quelques millisecondes. C'est ce que l'on appelle la réponse hémodynamique ou le couplage reurovasculaire.

Deux nouvelles études décrivent les éléments de la physiologie neurovasculaire qui rendent cet exploit possible. L'un, publié dans Nature le 19 février 2020 et dirigé par Chenghua Gu à la Harvard Medical School, rapporte que les cellules endothéliales qui tapissent les artérioles arborent une myriade d'entrées, appelées cavéoles, qui contrôlent en quelque sorte la dilatation rapide des artérioles en réponse à la stimulation neuronale. L'autre, publié le 20 janvier dans Nature Communications et dirigé par Martin Lauritzen de l'Université de Copenhague, décrit des sphincters spécialisés qui contrôlent le flux sanguin des artérioles du cerveau vers ses vastes lits capillaires.

En plus de la maladie d'Alzheimer, le système vasculaire cérébral a été impliqué dans la pathogenèse de la démence frontotemporale, la maladie de Parkinson, la maladie de Huntington, la sclérose latérale amyotrophique (SLA), la sclérose en plaques et d'autres conditions neurodégénératives telles que le trouble neurocognitif induit par le VIH.

Les patients SLA développent également des déficits de perfusion dans le cortex fronto-pariétal.

Le modèle conventionnel postule que la réponse hémodynamique est médié par des facteurs vasodilatateurs dérivés des neurones qui détendent directement les cellules musculaires lisses artérielles. Pourtant, d'après des travaux récents, il semble que les cellules endothéliales cérébrales puissent également détecter l'activité neuronale. Peut-être alors que les signaux vasodilatateurs agissent d'abord sur les cellules endothéliales cérébrales avant d'être relayés aux cellules musculaires lisses artérielles.

Chow et al. explorent ce potentiel couplage neurovasculaire médiée par les cellules endothéliales cérébrales en adoptant une approche très élégante. Ils se sont concentré sur le cortex somatosensible de souris de laboratoire, où la stimulation des moustaches déclenche de manière fiable l'activité neurale, la dilatation des vaisseaux et le flux sanguin. Ils montrent que la détection classique d’oxyde nitrique dans les cellules musculaires lisses est insuffisante pour un couplage neurovasculaire complet.

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Au lieu de cela, les cavéoles enrichies en cellules endothéliales cérébrales artériolaires sont également nécessaires pour un couplage efficace. À l'aide de divers modèles de souris spécifiques au type cellulaire et de gène global de knockout et de surexpression, ils confirment que les cavéoles dans les cellules endothéliales cérébrales – et non les cellules musculaires lisses artérielles - sont nécessaires pour le couplage neurovasculaire.

Ces découvertes inspirent des questions passionnantes pour comprendre la biologie du système vasculaire cérébral en matière de santé, de vieillissement et de maladie.

Quel est le mécanisme par lequel les cavéoles médient le couplage neurovasculaire? Quelles sont les molécules vasodilatatrices spécifiques? Existe-t-il des mécanismes pour engager préférentiellement les cavéoles cellules endothéliales cérébrales par rapport à la voie oxyde nitrique? Comment les changements documentés de l'expression des gènes cellules endothéliales cérébrales avec le vieillissement sont-ils liés au couplage neurovasculaire? Enfin, comment ce modèle évolue-t-il avec la maladie? Par exemple, l'accumulation vasculaire de β-amyloïde dans l'angiopathie amyloïde cérébrale a été corrélée à une perte de cellules musculaires lisses artérielles.

En bref, la présente étude donne un nouvel élan à l'étude de la complexité fascinante du système vasculaire cérébral et, espérons-le, ouvrira la voie à une meilleure compréhension de la façon dont cette structure dégénère avec l'âge et la maladie.

An adequate blood supply is essential for normal brain function. On the other hand, deficits in cerebral blood flow and dysfunction of the blood-brain barrier are early signs of neurodegenerative disorders in humans and animal models.

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A sufficient supply of blood from the 86 billion neurons in the human brain is obtained through a large, well-regulated vascular network of arteries, arterioles, capillaries, venules and veins up to approximately 600 km (400 miles) in length. Neural activity triggers an increase in the regional supply of oxygenated blood within milliseconds. This is called either haemodynamic response or reurovascular coupling.

Two new studies describe the elements of neurovascular physiology that make this feat possible. One, published in Nature on February 19, 2020 and edited by Chenghua Gu at Harvard Medical School, reports that the endothelial cells lining the arterioles have a myriad of entries, called caveolae, which somehow control the rapid dilatation of the arterioles in response to neural stimulation. The other, published on January 20 in Nature Communications and directed by Martin Lauritzen of the University of Copenhagen, describes specialized sphincters that control blood flow from arterioles from the brain into its large capillary beds.

In addition to Alzheimer's disease, the cerebrovascular system has been implicated in the pathogenesis of frontotemporal dementia, Parkinson's disease, Huntington's disease, amyotrophic lateral sclerosis (ALS), multiple sclerosis and others neurodegenerative conditions such as HIV-induced neurocognitive disorder.

ALS patients also develop perfusion deficits in the fronto-parietal cortex.

The conventional model postulates that neurovascular coupling is mediated by vasodilator factors derived from neurons that directly relax the arterial smooth muscle cells. However, according to recent work, it seems that brain endothelial cells can also detect neuronal activity. Perhaps then the vasodilator signals first act on the brain endothelial cells before being relayed to the arterial smooth muscle cells.

Chow et al. explore this potential neurovascular coupling mediated by brain endothelial cells by adopting a very elegant approach. They focused on the somatosensory cortex of laboratory mice, where stimulation of the whiskers reliably triggers neural activity, dilated vessels and blood flow. They show that conventional detection of nitric oxide in smooth muscle cells is insufficient for complete neurovascular coupling.

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Instead, the caveolae enriched with arteriolar cerebral endothelial cells are also necessary for efficient coupling. Using various cell-type specific mouse models and the overall knockout and overexpression gene, they confirm that the celloles in cerebral endothelial cells - not arterial smooth muscle cells - are necessary for neurovascular coupling.

These discoveries inspire fascinating questions to understand the biology of the cerebrovascular system in terms of health, aging and disease.

La sclérose latérale amyotrophique (SLA) et la démence frontotemporale (FTD) sont des maladies neurodégénératives fatales caractérisées par la présence d'agrégats neuropathologiques de TDP-43 phosphorylé. La protéine TDP-43 est également un composant des granules de stress. Les granules de stress sont des vésicules cytoplasmiques se formant quand une cellule éprouve des conditions de stress intenses. Dans ces conditions la cellule réduit considérablement sa production de protéines.

Aussi presque toutes les études visant à reproduire les inclusions de TDP-43, ont été menées dans des conditions de stress intense et de courte durée, qui diffèrent sensiblement des conditions de stress chroniques survenant en neurodégénérescence.

De plus, la plupart des études ont été réalisées en utilisant des lignées cellulaires immortalisées, qui sont très différentes des cellules naturelles.

Dans l’article qui fait l’objet de ce post et qui a été posté sur le serveur de pre-print BioRxiv, les auteurs montrent qu'un état de stress oxydatif léger mais prolongé, conduit à la formation de granules de stress dans les fibroblastes primaires et les neurones dérivés d'iPSC à la fois chez les témoins et les patients SLA.

Dans leur expérience, des fibroblastes primaires et des neurones dérivés de cellules souches pluripotentes induites issus de patients SLA porteurs de mutations dans les gènes TARDBP (n = 3) et C9ORF72 (n = 3) et de témoins sains (n ​​= 3) ont été exposés à un stress oxydatif par l'arsénite de sodium.

La formation de granules de stress et la réponse cellulaire au stress ont été évaluées et quantifiées par des analyses d'immunofluorescence et de microscopie électronique. Les chercheurs ont constaté que, non seulement une insulte oxydative aiguë, mais aussi insulte oxydative chronique, est capable d'induire la formation de granules de stress dans les fibroblastes primaires et les neurones dérivés d'iPSC.

Les scientifiques supposent que, lorsque le stress est chronique comme dans la neurodégénérescence, les cellules porteuses d’une mutation de TARDBP, montrent moins de capacité à induire un mécanisme de protection à long terme, contrairement aux cellules mutantes C9ORF72.

Surtout, les auteurs de l'article ont observé le recrutement de TDP-43 dans des granules de stress et la formation d’agrégats phosphorylée TDP-43, très similaires aux inclusions anormales observées dans les cerveaux autoptiques ALS / FTD, ceci uniquement en cas de stress chronique. De plus, dans les fibroblastes, la réponse cellulaire au stress était différente en contrôle par rapport aux cellules ALS mutantes, probablement en raison de leur vulnérabilité différente.

Une analyse quantitative a également révélé des différences en termes de nombre de cellules formant des granules de stress et de taille des granules de stress, suggérant une composition différente des vésicules dans le stress aigu et chronique.

En cas de stress prolongé, les granules de stress et la formation d'agrégats phosphorylés de TDP-43 étaient concomitants avec une augmentation de p62 et une dérégulation de l’autophagie dans les fibroblastes SLA et les neurones dérivés de l'iPSC. Cette altération de l'autophagie suggère que le stress prolongé, altère le mécanisme cellulaire de dégradation des protéines et réduit la capacité des granules de stress à se désassembler correctement.

Les auteurs de l'article supposent qu'en neurodégénérescence, il existe un seuil de stress critique au-dessus duquel le désassemblage des granules de stress devient impossible et provoque un engloutissement du contrôle de la qualité des protéines système, y compris les chaperons, et les systèmes autophagique et ubiquitine / protéasome.

Les cellules dérivées de patients SLA, exposées à un stress oxydatif persistant, représentent un essai biologique approprié pour étudier non seulement la pathologie du TDP-43, mais aussi pour tester des médicaments potentiels capables de prévenir ou de désagréger les inclusions phosphorylées de TDP-43.

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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.

Amyotrophic lateral sclerosis (ALS) and frontotemporal dementia (FTD) are fatal neurodegenerative diseases characterized by the presence of neuropathological aggregates of phosphorylated TDP-43. The TDP-43 protein is also a component of stress granules. Stress granules are cytoplasmic vesicles that form when a cell experiences intense stress conditions. Under these conditions the cell considerably reduces its production of proteins.

So almost all of the studies aiming at reproducing TDP-43 inclusions have been carried out under conditions of intense short-term stress, which differ significantly from the chronic stress conditions occurring in neurodegeneration.

In addition, most of the studies have been done using immortalized cell lines, which are very different from natural cells.

In the article which is the subject of this post and which was posted on the pre-print server BioRxiv, the authors show that a state of mild but prolonged oxidative stress, leads to the formation of stress granules in primary fibroblasts and neurons derived from iPSC in both controls and ALS patients.

In their experiment, primary fibroblasts and neurons derived from induced pluripotent stem cells from ALS patients carrying mutations in the TARDBP (n = 3) and C9ORF72 (n = 3) genes and healthy controls (n = 3) were exposed to oxidative stress by sodium arsenite.

The formation of stress granules and the cellular response to stress were evaluated and quantified by immunofluorescence and electron microscopy analyzes. The scientists found that not only an acute, but also a chronic oxidative insult, is capable of inducing the formation of stress granules in primary fibroblasts and neurons derived from iPSC.

The researchers assume that, when stress is chronic, as in neurodegeneration, cells carrying a TARDBP mutation show less capacity to induce a long-term protective mechanism, unlike C9ORF72 mutant cells.

Above all, the authors of the article observed the recruitment of TDP-43 in stress granules and the formation of phosphorylated aggregates of TDP-43, very similar to the abnormal inclusions observed in the autoptic ALS / FTD brains, this only in case of chronic stress. In addition, in fibroblasts, the cellular response to stress was different in control compared to mutant ALS cells, probably due to their different vulnerability.

A quantitative analysis also revealed differences in terms of the number of cells forming stress granules and the size of stress granules, suggesting a different composition of the vesicles in acute and chronic stress.

In prolonged stress, the stress granules and the formation of phosphorylated TDP-43 aggregates were concomitant with an increase in p62 and deregulation of autophagy in ALS fibroblasts and iPSC-derived neurons. This alteration in autophagy suggests that prolonged stress alters the cellular mechanism of protein degradation and reduces the ability of stress granules to disassemble properly.

The authors of the article assume that in neurodegeneration, there is a critical stress threshold above which the disassembly of stress granules becomes impossible and causes the quality control of system proteins, including chaperones, to be engulfed, and the autophagic and ubiquitin / proteasome systems.

Cells derived from ALS patients, exposed to persistent oxidative stress, represent an appropriate bioassay to study not only the pathology of TDP-43, but also to test potential drugs capable of preventing or breaking down phosphorylated inclusions of TDP-43 .

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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.

Le terme générique de maladies des motoneurones (MND) comprend généralement la sclérose latérale amyotrophique (SLA), la sclérose latérale primaire (PLS), l’atrophie musculaire progressive (PMA) et de nombreuses autres maladies.

Le diagnostic classique d’une maladie des motoneurones nécessite la reconnaissance d’un dysfonctionnement de motoneurones supérieur (UMN) et de motoneurones inférieur (LMN). Les motoneurones supérieurs sont issus du cortex et innervent des segments de la moelle épinière ou de la médulla oblongata. Les motoneurones inférieurs sont issus de ces segments et innervent les muscles.

L’implication de LMN est détectée aisément par électromyographie (EMG), mais les signes UMN classiques sont souvent difficiles à identifier. Les caractéristiques LMN comme la faiblesse, prédominent souvent, et l’appréciation des caractéristiques UMN telles que la spasticité et les réflexes accrus peut être subtile et parfois assez subjective.

Le manque de biomarqueurs validés freine le diagnostic des nouveaux patients, mais aussi les essais cliniques qui reposent principalement sur des échelles subjectives d’évaluation fonctionnelle et la durée de survie.

La recherche sur les biomarqueurs des maladies des motoneurones se concentre sur les profils de biofluides spécifiques à la maladie et issues de la biologie moléculaire, plutôt que sur les «biomarqueurs secs» tels que la neuroimagerie. Cependant, la neuroimagerie a beaucoup à offrir, non seulement pour diagnostiquer les maladies des motoneurones, mais aussi pour informer la recherche sur les maladies des motoneurones.

Le profil volumétrique sous-cortical de PLS et ALS en référence à des contrôles sains.
Le profil volumétrique sous-cortical de PLS et ALS en référence à des contrôles sains.

La neuroimagerie, elle, offre une perspective sur l’évolution du cerveau qui est factuelle. En effet et c’est relativement nouveau et non-intuitif, on s’est rendu compte que loin d’un problème circonscrit à la zone correspondant au cortex moteur primaire, c’est l’ensemble du cerveau qui est atteint dans ces maladies.

La description rudimentaire et linéaire où le cortex envoie des ordres moteurs aux muscles, via les neurones moteurs supérieurs, puis inférieurs ne reflète pas la complexité du système nerveux chez les primates. La dégénérescence frontale du cerveau est largement répandue, avec des dégénérescences efférentes et commissurales secondaires complexes impliquant de manière diffuse le réseau moteur cérébral et ses connexions associées.

Cela rapproche les maladies des motoneurones d’autres maladies neurodégénérescentes comme la maladie d’Alzheimer ou la maladie de Parkinson.

Les lésions des voies blanches (axones de neurones) dans la SLA sont invariablement bilatérales et s’étendent bien au-delà des voies pyramidales et du corps calleux, même chez les patients étudiés peu de temps après l’apparition de symptômes focalisés. Des études structurales focalisées au-delà de la matière grise corticale dans la SLA ont montré des changements associés dans les noyaux gris centraux en particulier dans les thalami, des points d’intégration avec une implication corticale frontotemporale généralisée au cours de la maladie. L’IRM a confirmé la découverte neuropathologique selon laquelle, dans le PMA, il existe généralement également une dégénérescence infraclinique de la voie pyramidale.

For anyone studying research against neurodegenerative diseases, it is striking to note the large number of studies which each claim to have identified a key element, different in each study, and which would be a causative factor of the disease. In addition, many studies are contradictory with each other.

In epidemiology, Mendelian randomization is a method of using measured gene variation, known to express the causal effect of exposure to a disease in observational studies, without the need for a traditional randomized clinical trial. Even better, it allows us to escape traditional biases in epidemiological studies, such as reverse causation and confusion. This method was first proposed in 1986 by Gray and Wheatley.

Since genotypes are randomly assigned when passed from parents to offspring during meiosis, the distribution of the population genotype should not be linked to the confounding factors that generally affect observational epidemiological studies. In this regard, Mendelian randomization can be viewed as a randomized controlled trial.

Because polymorphism is the instrument, Mendelian randomization depends on previous genetic association studies that have provided good candidate genes for the response to risk exposure.

Each of these selected genetic variants must satisfy three conditions, relevance, independence, exclusion restriction.

Among the various genetic and environmental factors that have been identified to be associated with ALS, the association between blood lipid metabolites and ALS has recently received considerable attention. The associations between lipids and ALS are strong and comparable in strength to many risk factors for ALS previously identified.

ALS patients suffer from increased energy expenditure at rest and from weight loss. Previous observational studies have shown that ALS patients frequently experience dyslipidemia. Dyslipidemia is characterized by abnormal levels of high density lipoproteins (HDL), low density lipoproteins (LDL), total cholesterol (TC) and triglycerides (TG).

The positive association between dyslipidemia and ALS suggests that elevated levels of non-HDL lipids may play a protective role in the progression of ALS. Consistent with observational studies in humans, research with ALS mouse models has also shown that the overall survival of ALS mice is reduced under calorie restriction. However, the relationship between dyslipidemia and ALS is also controversial, conflicting results have been reported for basal serum lipid levels, the cause of dyslipidemia, and the relationship between serum lipid levels and the progression of ALS disease.

For example, many observational studies following ALS have found no association between dyslipidemia and ALS. In addition, some studies have shown that patients with ALS often suffer from hypolipidemia - which is mainly characterized by low levels of LDL - in men and women with ALS. The association between hypolipidemia and ALS is further confirmed in a mouse ALS model. The conflicting results on the relationship between lipid levels and ALS may be due in part to the relatively small sample sizes used in previous studies and in part to uncontrolled confounders that are inevitable in observational studies .

Determining the causal impact of lipids on ALS is difficult using traditional randomized controlled trial studies because these studies necessarily require long-term follow-up, are expensive and often unethical. Therefore, it is desirable to determine the causal relationship between lipids and ALS through observational studies. Mendelian randomization is a powerful statistical tool for examining the causal relationship and estimating causal effects in observational studies.

Scientists have studied the causal effects of four blood lipid traits on the risk of ALS:

  • high density lipoprotein,
  • low density lipoprotein (LDL),
  • total cholesterol,
  • triglycerides.

The authors first selected SNPs (genetic variants) which can serve as valid instrumental variables for each of the four lipid traits (HDL, LDL, TC and TG).

Taking advantage of the instrument variables from several large-scale association studies on the genome in European and Asian populations, the authors performed one of the most important and comprehensive Mendelian randomization analyzes to date on the causal relationship between lipids and ALS. Among the four lipids, they found that only LDL is causally associated with ALS and that a higher level of LDL increases the risk of ALS in European and East Asian populations.

The large sample size used in this study allows the authors to fully establish a positive causal effect of the modifiable factor LDL on ALS in European and East Asian populations. The inferred causal relationship between LDL and ALS is robust in the choice of statistical methods and is carefully validated by various sensitivity analyzes.

The positive causal effect of LDL on ALS suggests that future development of strategies to reduce LDL levels would likely reduce the burden of ALS. LDL is a modifiable risk factor, the levels of which can be reduced by various intervention strategies. For example, dietary changes such as increased fiber intake, increased phytosterol consumption, and increased consumption of nuts can all lead to a reduction in LDL levels.

Restrictions on dietary cholesterol, restrictions on high-carbohydrate diets, and restrictions on the consumption of trans fats can also lower LDL levels. In addition to lifestyle and dietary changes, LDL reduction can be achieved by drug therapy.

This is not a breakthrough regarding the mechanism of onset of the disease, but it introduces a tool for managing this disease.

The future development of LDL reduction strategies and the development of public policies to promote such strategies are likely to reduce the burden of ALS in society.

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Pour quiconque étudie la recherche contre les maladies neurodégénératives, il est frappant de constater le grand nombre d’études qui affirment chacune avoir identifié un élément clé différent des autres, et qui serait un facteur causatif de la maladie. De plus nombre d’études sont contradictoires.

En épidémiologie, la randomisation mendélienne est une méthode d’utilisation de la variation mesurée des gènes, connue pour exprimer l’effet causal d’une exposition à une maladie dans des études observationnelles, sans avoir besoin d’effectuer un essai clinique randomisé traditionnel. Mieux encore elle permet d’échapper à des biais traditionnels des études épidémiologiques, comme la causalité inverse et la confusion. Cette méthode a été proposée pour la première fois en 1986 par Gray et Wheatley.

Étant donné que les génotypes sont attribués au hasard lorsqu’ils sont transmis des parents à la progéniture pendant la méiose, la distribution du génotype de la population ne devrait pas être liée aux facteurs de confusion qui affectent généralement les études épidémiologiques d’observation. À cet égard, la randomisation mendélienne peut être considérée comme un essai contrôlé randomisé.

Parce que le polymorphisme est l’instrument, la randomisation mendélienne dépend des études d’association génétique antérieures ayant fourni de bons gènes candidats pour la réponse à l’exposition au risque.

Chacune de ces variantes génétiques sélectionnées doit satisfaire à trois conditions, pertinence, indépendance, restriction d’exclusion.

Parmi les divers facteurs génétiques et environnementaux qui ont été identifiés comme étant associés à la SLA, l’association entre les métabolites des lipides sanguins et la SLA a récemment attiré une attention considérable. Les associations entre les lipides et la SLA sont fortes et comparables en force à de nombreux facteurs de risque de SLA précédemment identifiés.

Les patients SLA souffrent d’une augmentation de la dépense énergétique au repos et d’une perte de poids. Des études observationnelles antérieures ont montré que les patients SLA souffrent fréquemment de dyslipidémie. La dyslipidémie est caractérisée par des niveaux anormaux de lipoprotéines de haute densité (HDL), de lipoprotéines de basse densité (LDL), de cholestérol total (TC) et de triglycérides (TG).

L’association positive entre la dyslipidémie et la SLA suggère que des taux élevés de lipides non HDL peuvent jouer un rôle protecteur dans la progression de la SLA. Conformément aux études observationnelles sur l’homme, des recherches avec des modèles de souris SLA ont également montré que la survie globale des souris SLA est réduite sous la restriction calorique. Cependant, la relation entre la dyslipidémie et la SLA est également controversée, des résultats contradictoires ont été rapportés pour les taux de lipides sériques basaux, la cause de la dyslipidémie et la relation entre les taux de lipides sériques et la progression de la maladie SLA.

Par exemple, de nombreuses études observationnelles de suivi de la SLA n’ont observé aucune association entre la dyslipidémie et la SLA. De plus, certaines études ont montré que les patients atteints de SLA souffrent souvent d’hypolipidémie - qui est principalement caractérisée par de faibles niveaux de LDL - chez les hommes et les femmes SLA. L’association entre l’hypolipidémie et la SLA est en outre confirmée dans un modèle de SLA de souris. Les résultats contradictoires sur la relation entre les niveaux de lipides et la SLA peuvent être dus en partie à la taille relativement petite des échantillons utilisés dans les études précédentes et en partie à des facteurs de confusion non contrôlés qui sont inévitables dans les études d’observation.

Il est difficile de déterminer l’impact causal des lipides sur la SLA au moyen d’études d’essais contrôlés randomisés traditionnels, car ces études nécessitent nécessairement un suivi à long terme, sont coûteuses et souvent contraires à l’éthique. Par conséquent, il est souhaitable de déterminer la relation causale entre les lipides et la SLA par des études observationnelles. La randomisation mendélienne est un puissant outil statistique pour examiner la relation causale et estimer les effets causaux dans les études d’observation.

Des scientifiques ont étudié les effets causaux de quatre traits lipidiques sanguins sur le risque de SLA:

  • la lipoprotéine haute densité,
  • la lipoprotéine basse densité (LDL),
  • le cholestérol total,
  • et les triglycérides.

Les auteurs ont d’abord sélectionné les SNP (variantes génétiques) qui peuvent servir de variables instrumentales valides pour chacun des quatre traits lipidiques (HDL, LDL, TC et TG).

En tirant parti des variables de l’instrument à partir de plusieurs études d’association à grande échelle sur le génome dans les populations européennes et asiatiques, les auteurs ont effectué l’une des analyses de randomisation mendélienne les plus importantes et les plus complètes réalisées à ce jour sur la relation causale entre les lipides et la SLA. Parmi les quatre lipides, ils ont constaté que seul le LDL est causalement associé à la SLA et qu’un niveau plus élevé de LDL augmente le risque de SLA dans les populations européennes et est-asiatiques.

La grande taille de l’échantillon utilisée dans cette étude permet aux auteurs d’établir pleinement un effet causal positif du facteur modifiable LDL sur la SLA dans les populations européennes et d’Asie de l’Est. La relation causale inférée entre le LDL et la SLA est robuste en ce qui concerne le choix des méthodes statistiques et est soigneusement validée par diverses analyses de sensibilité.

L’effet causal positif du LDL sur la SLA suggère que le développement futur de stratégies pour réduire les niveaux de LDL réduirait probablement la charge de morbidité de la SLA. Le LDL est un facteur de risque modifiable dont les niveaux peuvent être réduits grâce à diverses stratégies d’intervention. Par exemple, des changements alimentaires tels qu’une augmentation de la consommation de fibres, une augmentation de la consommation de phytostérol et une augmentation de la consommation de noix peuvent tous conduire à une réduction des niveaux de LDL.

Des restrictions de l’apport alimentaire en cholestérol, des restrictions dans les régimes riches en glucides et des restrictions dans la consommation d’acides gras trans peuvent également réduire les niveaux de LDL. Outre le mode de vie et les changements alimentaires, la réduction du LDL peut être obtenue par une thérapie médicamenteuse.

Il ne s'agit pas d'une avancée concernant le mécanisme d'apparition de la maladie, mais cela introduit un outil de gestion de celle-ci.

L’élaboration future de stratégies de réduction des LDL et l’élaboration de politiques publiques pour promouvoir de telles stratégies entraîneraient probablement une réduction de la charge de morbidité de la SLA dans la société.

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Scientists from UK and Taiwan have developed a modeling platform at the cellular level, which summarizes the key aspects of sporadic ALS and demonstrates both an initial neuroprotective role for astrocytes and the cell-type specific toxic effect of TDP-43 oligomers.

A key pathological feature of ALS is the cytoplasmically poorly located and aggregated TDP-43 protein in at least 95% of cases. Research on ALS has spanned more than 20 years, primarily focused on the genetic aspects of ALS, which however only account for approximately 10% of cases. This has the remaining 90% of sporadic ALS cases relatively little studied. In addition, and despite considerable investment in genetic research, the most common gene for ALS (C9orf72) was only discovered in 2011.

The role of non-neuronal cells (glial cells) has also been neglected for a very long time. First because we thought that their role was limited to metabolism and the maintenance of synapses, then because it is much easier to understand what little use a neuron which often connects two distant points of the nervous system, only cells that only seem to have a local role. Today we know that these cells are as important as neurons for mental processes, and that microglia play the role of the immune system in the nervous system. Among these cells are astrocytes and their relationship with the TDP-43 pathology is not yet well understood at present.

The authors of the study that is the subject of this post therefore used motor neurons and astrocytes derived from human-induced pluripotent stem cells (iPSC) to model the specific characteristics of motor neurons in sporadic ALS.

The authors exposed its human iPSC-derived motor neurons to tissue extracts from sporadic ALS patients and observed that the TDP-43 protein aggregated in the cytoplasm of these motor neurons. Contrary to what had been achieved in previous studies, aggregation was obtained with very low concentrations of TDP-43. We can therefore speak of seeding, a characteristic of prion diseases.

Next, the authors showed that motor neurons derived from human iPSC are more vulnerable to the aggregation and toxicity of TDP-43 than their astrocyte counterparts. These TDP-43 aggregates can spread from motor neurons to astrocytes. The authors, however, discovered that astrocytes are capable of reducing poorly localized cytoplasmic TDP-43 and cell toxicity.

In summary, these scientists detected TDP-43 oligomers in these spALS spinal cord extracts, and demonstrated that highly purified recombinant TDP-43 oligomers can reproduce this specific cell-type toxicity, providing additional support for a hypothesis of mediated toxicity. by protein oligomers in ALS, i.e. prion-like behavior.

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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.

Des scientifiques du Royaume-Uni et de Taiwan ont développé une plate-forme de modélisation au niveau cellulaire, qui récapitule les aspects clés de la SLA sporadique et démontre à la fois un rôle neuroprotecteur initial pour les astrocytes et l'effet toxique spécifique au type cellulaire des oligomères TDP-43.

Une caractéristique pathologique clé de la SLA est la protéine TDP-43 cytoplasmiquement mal localisée et agrégée dans au moins 95% des cas. La recherche sur la SLA s’est pendant plus de 20 ans, principalement concentrées sur les aspects génétiques de la SLA, qui ne représentent pourtant qu’approximativement 10% des cas. Ce qui a les 90% restants des cas de SLA sporadique relativement peu étudiés. De plus et en dépit des investissements considérables en matière de recherche génétique, le gène le plus courant en matière de SLA (C9orf72), n’a été découvert qu’en 2011.

Le rôle des cellules non neuronales (cellules gliales) a aussi très longtemps été négligé. D’abord parce que l’on pensait que leur rôle était limité au métabolisme et à la maintenance des synapses, ensuite parce qu’il est beaucoup plus facile de comprendre à quoi peu servir un neurone qui relie souvent deux points éloignés du système nerveux, que des cellules qui ne semblent qu’avoir un rôle local. Aujourd’hui on sait que ces cellules sont aussi importantes que les neurones pour ce qui est des processus mentaux, et que la microglie assure le rôle de système immunitaire dans le système nerveux. Parmi ces cellules on trouve les astrocytes et leur relation avec la pathologie TDP-43 n'est pas encore bien compris actuellement.

Les auteurs de l’étude qui fait l’objet de ce billet, ont donc utilisé des motoneurones et des astrocytes dérivés de cellules souches pluripotentes induites par l'homme (iPSC) pour modéliser les caractéristiques spécifiques des motoneurones lors de la SLA sporadique.

Les auteurs ont exposé ses motoneurones dérivés d'iPSC humains à des extraits de tissus de malades de la SLA sporadique et ils ont alors observé que la protéine TDP-43 s’agrégeait dans le cytoplasme de ces motoneurones. Contrairement à ce qui avait été réalisé lors d’études précédentes, l’agrégation a été obtenue avec des concentrations très faibles de TDP-43. On peut donc parler d’ensemencement, une caractéristique des maladies à prions.

Ensuite, les auteurs ont montré que les motoneurones dérivés d'iPSC humains sont plus vulnérables à l'agrégation et à la toxicité du TDP-43 que leurs homologues astrocytes. Ces agrégats de TDP-43 peuvent se propager des motoneurones aux astrocytes. Les auteurs ont cependant découvert que les astrocytes sont capable de réduire le TDP-43 cytoplasmique mal localisés et la toxicité cellulaire.

En résumé ces scientifiques ont détecté des oligomères TDP-43 dans ces extraits de moelle épinière spALS, et ont démontré que des oligomères TDP-43 recombinants hautement purifiés peuvent reproduire cette toxicité spécifique de type cellulaire, fournissant un soutien supplémentaire à une hypothèse de toxicité médiée par des oligomères protéiques dans la SLA, c’est-à-dire un comportement de type prion.

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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.

The article reported here discusses gene therapy for ALS by intervention in the peripheral nervous system. Although this has already been done with good results, including in the central nervous system, this type of intervention has been very rarely experienced.

In sporadic as in familial ALS, the loss of motor neurons leads to muscle atrophy, accompanied by fasciculations and spasticity.

The mechanisms underlying the development of ALS in motor neurons are probably multifactorial and neighboring cells, such as microglia, astrocytes and interneurons, can contribute to the disease.

There is a controversy about the onset of ALS which going on since decades. Most scientists believe that it begins in the brain, precisely in the primary motor cortex, in the body of the higher motor neurons. This assumption is called "dying forward". However, other scientists believe that ALS begins at the other end of the motor pathway, possibly in the neuromuscular junction, or even in the muscles. This assumption is called "dying backward".

Although these two hypotheses seem contradictory, each has strong experimental support and neither has been conclusively refuted. Perhaps these two hypotheses represent different subtypes of ALS. The article discussed here supposes that the hypothesis of "dying back" is true so the authors present an intervention in the PNS.

The authors use a classical mouse model of ALS: SOD1G93A. This model animal exhibits the most common clinical and pathological features of ALS as well as rapid and severe progression of the disease.

As has been recently reported on Padirac Innovation, gene therapy has become very important in the context of ALS.

Furthermore, a currently promising therapy consists of in vitro modification and reimplantation of cells generating growth factors (Nurown).

Neuregulins or neuroregulins are a family of four structurally related proteins that are part of the EGF protein family. These are growth factor proteins. They have various functions in the development of the nervous system and play multiple essential roles in the embryogenesis of vertebrates, in particular: cardiac development, differentiation of Schwann cells and oligodendrocytes, certain aspects of neuronal development, as well as the formation of synapses neuromuscular.

Neurotrophic factors derived from spliced ​​forms of neuregulin 1 (NRG1) have been shown to be essential for the survival of motor neurons, supporting axonal and neuromuscular development and maintenance. However, the exact role of NRG1-I is not fully understood.

It has been reported (Mancuso et al., 2016) that the expression of NRG1-I by Schwann cells is essential for promoting axonal regeneration and remyelination. Indeed, the overexpression of NRG1-I by means of an AAV vector, injected locally into the gastrocnemius muscle produced a functional improvement by improving the collateral germination of the motor axons in SOD1G93A mice.

Given these recent discoveries, the authors aim here to overexpress humanized NRG1-I in all skeletal muscles by using gene therapy vectors to maintain motor innervation in SOD1G93A mice.

Interestingly, they found that overexpression of NRG1-I in muscles activates cell survival pathways via PI3K / AKT not only in this tissue, but also in the spinal cord, promoting better motor neuron survival and attenuation of reactivity of astrocytes and microglia.

Overexpression of NRG1-I increased ErbB receptors in skeletal muscles and their downstream pro-survival signaling. Signaling from the ErbB family of proteins is important during development. For example, the lack of maturation of Schwann cells leads to a degeneration of motor and sensory neurons. Excessive ErbB signaling is, however, associated with the development of a wide variety of solid tumor types.

Consequently, while NRG1-I could have a deleterious role during an upregulation in the spinal cord of SOD1G93A mice (Song et al., 2012), overexpression of NRG1-I improved the maintenance of neuromuscular function and innervation in SOD1G93A transgenic mice.

Since the pathogenesis of ALS is considered in the framework of the "dying backward" hypothesis, to develop in a process where the nerve endings and neuromuscular junctions are partially degraded while the cellular bodies (motor neurons, interneurons and glial cells) of the spinal cord are still intact, NRG1-I virally mediated therapy may be an appropriate approach to counter this initial degenerative process in motor neuron diseases.

However, further experiments are needed to elucidate the pathways modulated by overexpression of NRG1-I in skeletal muscle.

The mice were euthanized at 16 weeks, which is far too soon to draw conclusions about the long-term course of the therapy. Although it is clear that the treated mice experienced a much slower development of their disease, there was no remission.

There is also might be concern about the effects of excessive ErbB signaling on the risk of developing 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.

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