Transauricular Vagal Nerve Stimulation at 40 Hz Inhibits Hippocampal P2X7R/NLRP3/Caspase-1 Signaling and Improves Spatial Learning and Memory in 6-Month-Old APP/PS1 Mice.

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Here we report about a study which is a bit unusual. The reason it appears on this blog is not because its efficiency which is doubtful, but because of the need to investigate new areas. And there is a significant body of publications on this topic.

If you browse through Aliexpress health devices you will probably find weird devices supposed to be inserted in your nose, ear or worn at your wrist that heal from many diseases such as diabetes or aging with infrared light or magnetic stimulation.

enter image description here The authors of several acupuncture departments from Beijing, Wuhan, Guangzhou, propose to use Transauricular vagal nerve stimulation (taVNS) at 40 Hz to attenuate hippocampal amyloid load in transgenic mice models of Alzheimer.

The auricular branch of the vagus nerve supplies sensory innervation to the skin of the ear canal, tragus, and auricle.

Classical vagus nerve stimulation involves surgical implantation of electrodes onto the cervical branch of the vagus nerve. Electrical pulses are delivered to the vagus nerve via an implanted pulse generator surgically implanted in the chest.

Vagus nerve stimulation is currently FDA-approved for epilepsy, refractory depression, and chronic obesity and long-term safety of Vagus nerve stimulation is well established.

Transauricular vagal nerve stimulation on the other hand, delivers electrical stimulation to the auricular branch of the vagus nerve (ABVN), an easily accessible target that innervates the human ear.

There is a western commercial device which do just that.

Yet it's not clear what is meant by 40 Hz electical stimulation. 40 Hz is a "magical" frequency often involved in Alzheimer stimulation but there is no clear why it should be effective. In other publications different protocols have been used and were quite successful, for example 1 mA, 20 Hz, 30 s ON and 5 min OFF, the total length of 30 min, with a 320 μs pulse width. enter image description here

The scientists say their results show that 40-Hz taVNS inhibits the hippocampal P2X7R/NLRP3/Caspase-1 signaling and improves spatial learning and memory in 6-month-old APP/PS1 mice. Yet they used a variety of immunofluorescence, immunohistochemistry, and various staining/blotting techniques which are not very precise, so "more studies are needed".

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Alterations in metabolic biomarkers and their potential role in amyotrophic lateral sclerosis.

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Accumulating evidence suggests defective energy metabolism in ALS patients, which contributes to weight loss and a poor prognosis.

Lipid metabolism disorders have been widely reported in patients with ALS, presenting with hypercholesterolemia, hypertriglyceridemia, and other mixed dyslipidemias. Leptin, an adipokine, plays a neuroprotective role in neurodegenerative diseases, including Alzheimer's disease and Parkinson's disease. Nagel et al. suggested that leptin concentrations were positively correlated with the survival rate in ALS patients, indicating protective effects of leptin in patients with ALS.

Serum leptin concentration is strongly correlated with body weight or BMI, which was also confirmed in this study written by scientists from Chinese Academy of Medical Sciences. And higher body weight and BMI have been found to be associated with a lower risk of ALS and better prognosis in ALS patients.

Adipokines are a group of factors released or secreted by adipose tissue and have many physiological functions, such as fat distribution, energy expenditure, appetite and satiety regulation, insulin secretion and sensitivity, and inflammation.

Previous studies on the biological functions of adiponectin provide some evidence that adiponectin is beneficial in ALS. As one of the most abundant adipokines secreted by adipocytes, adiponectin functions in multiple physiological processes, including insulin sensitization, glucose regulation, lipid metabolism, and anti-inflammatory and antiapoptotic activities.

Fifty-two subjects were recruited between October 2020 and January 2022 among patients newly diagnosed with ALS in the Neurology Department of Peking Union Medical College Hospital. The study also included 24 healthy participants to compare adipokines and other metabolic biomarkers.

When comparing adipokines in patients and controls, the authors, found significant differences in the levels of adiponectin, adipsin, resistin, and visfatin between the two groups.

ALS patients had higher levels of adipokines (adiponectin, adipsin, resistin, and visfatin) and other metabolic biomarkers [C-peptide, glucagon, glucagon-like peptide 1 (GLP-1), gastric inhibitory peptide, and plasminogen activator inhibitor type 1] than controls.

Leptin levels in serum were positively correlated with body mass index, body fat, and visceral fat index.

Adiponectin was positively correlated with the visceral fat index and showed a positive correlation with the ALSFRS-R and a negative correlation with baseline disease progression.

Lower leptin and adiponectin levels were correlated with faster disease progression. After adjusting for confounders, lower adiponectin levels and higher visfatin levels were independently correlated with faster disease progression.

Berberine, an isoquinoline alkaloid, has been shown to increase adiponectin expression, which partly explains its beneficial effects on metabolic disturbances. Mice fed the omega-3 fatty acids eicosapentaenoic acid (EPA) and docosahexaenoic acid (DHA), both omega-3 fatty acids, have also shown increased plasma adiponectin. Curcumin, capsaicin, gingerol, and catechins have also been found to increase adiponectin expression.

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ROS and Endoplasmic Reticulum Stress in Pulmonary Disease.

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Here is an interesting article, that reviews misfolded proteins in lungs. In our body, cells while available in ~200 types, share common characteristics, so it's not surprising that diseases that affect brain cells, also affect other organs. Misfolded and mislocated proteins are associated with most neurodegenerative diseases, yet we do not know if they are a cause or a consequence of the disease.

Lung disease is one of the leading causes of morbidity and mortality worldwide. Current studies show that although lung diseases possess unique pathophysiology and specific clinical manifestations, they still tend to exhibit common features, including accumulation of reactive oxygen species and disturbances in proteostasis leading to accumulation of unfolded or misfolded proteins in the endoplasmic reticulum (ER).

The article is not really precise on these disruptions of proteostasis, how they emerge, nor how they cause the accumulation of unfolded or misfolded proteins. One can however imagine that the long way by which a protein is elaborated and which by the making of a messenger RNA, its use by a ribosome (stuck to a membrane of the ER) to generate an unfolded protein, its folding in the ER then its dispatch in vesicles on the operating site by the Golgi apparatus, is susceptible to many malfunctions.

The cellular response to proteostasis dysfunction is called UPR. This is a set of poorly understood mechanisms that globally decrease the production of proteins for the duration of the stressful event, but whose involvement in neurodegenerative diseases is increasingly suspected.

In fact, decreasing the production of proteins does not really help the survival of the biological host of these cells, these proteins are necessary for life, and each is involved in all kinds of biological reactions. The triggering of UPR is therefore a guarantee of future health problems for the host.

When the adaptive unfolded protein response fails to preserve ER homeostasis, a maladaptive or terminal UPR is engaged, leading to disruption of ER integrity and apoptosis, referred to as ER stress.

ER stress primarily includes accumulation of misfolded and unfolded proteins in the lumen and disturbance of Ca balance. ROS mediate several critical aspects of the ER stress response.

Here the authors summarize the latest advances in UPR and ER stress in the pathogenesis of lung disease and discuss potential therapeutic strategies aimed at restoring ER proteostasis in lung disease.

Hopefully this kind of publication will help to cross-fertilize research in UPR mechanisms in brain diseases, and they may also help shed a new look on muscle wasting in ALS, not as a consequence of motor neuron disease, but as an independent event occurring in a more global context.

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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.

Efficacité de la méthylcobalamine à ultra-haute dose pour les patients atteints de SLA

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L'efficacité des médicaments actuellement approuvés pour la sclérose latérale amyotrophique est très limitée.

Plusieurs études (1) ont montré que la méthylcobalamine, une forme de vitamine B12, à ultra-haute dose était capable de ralentir la progression de la SLA.

La carence en vitamine B12, une voie biologique commune à la SLA, la maladie d'alzheimer, de Parkinson et la sclérose en plaque, est connue pour provoquer une toxicité mitochondriale en raison de l'inhibition du cycle de l'acide citrique (Toyoshima et al. 1996) et prédit une aggravation de la mobilité chez les patients atteints de la maladie de Parkinson (Christine et al. 2018 ).

Le cycle de Krebs (aussi appelé TCA ou cycle de l'acide citrique) est utilisé par les organismes qui respirent par opposition aux organismes qui fermentent pour générer de l'énergie, soit par respiration anaérobie, soit par respiration aérobie. De plus, le cycle fournit des précurseurs de certains acides aminés, ainsi que l'agent réducteur NADH, qui sont utilisés dans de nombreuses autres réactions. Dans les cellules eucaryotes, le cycle de l'acide citrique se produit dans la matrice de la mitochondrie.

Dans le but de valider l'efficacité et l'innocuité de la méthylcobalamine à ultra-haute dose pour les patients atteints de sclérose latérale amyotrophique inscrits dans l'année suivant leur apparition, [des scientifiques Japonais on mené un essai clinique][1] de phase III multicentrique, contrôlé par placebo, en double aveugle et randomisé avec une période d'observation de 12 semaines et une période randomisée de 16 semaines, menée du 17 octobre 2017 au 30 septembre 2019. Les patients ont été recrutés dans 25 centres de neurologie au Japon .

Le nombre cible de participants était de 64 dans les groupes méthylcobalamine et placebo. Les interventions ont consistées en l'injection intramusculaire de méthylcobalamine ou de placebo deux fois par semaine pendant 16 semaines (ce qui est une courte durée). Le critère d'évaluation principal de l'étude clinique était la modification du score total de la ALSFRS-R entre le départ et la semaine 16 dans l'ensemble d'analyse complet.

Au total, 129 patients étaient éligibles pour l'ensemble complet d'analyses et 126 ont terminé l'étape en double aveugle. Parmi ceux-ci, 124 patients sont passés à la période d'accès ouvert. La différence du score total de l'ALSFRS-R sur ces 4 mois de la période randomisée était supérieure de 1,97 point avec la méthylcobalamine par rapport au placebo. C'est réellement une différence importante qui est comparable aux meilleurs médicaments utilisés actuellement dans le cadre de la SLA.

L'incidence des événements indésirables était similaire entre les 2 groupes.

Il ne s'agit toujours pas d'un remêde miracle, mais certainement et comme plusieurs produits similaires, d'un médicament capable d'atténuer les effets de la SLA.

Identifiant ClinicalTrials.gov : NCT03548311.

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Beaucoup de bruit autour d'AMX0035

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On se souvient qu'un essai clinique CENTAUR avait montré que le traitement par AMX0035 entraînait un ralentissement significatif du déclin fonctionnel. Les résultats semblaient au moins comparable à ceux de l'Edaravone ou du Riluzole: La survie globale médiane annoncée était de 6,5 mois.

La recherche sur AMX0035 est en partie soutenue par des fonds fournis par la puissante "ALS association" ainsi que par le groupe "I AM ALS" et est soutenu par des personnalitées scientifiques.

A la suite de la publication des résultats de CENTAUR, deux lettres de médecins ont contesté l'interprétation des résultats, l'une attribuant à TUDCA l'ensemble des gains (minimaux de toute façon) et l'autre interpellant sur la méthodologie car contrairement à ce qui était publié, les patients des deux branches avaient aussi recu de l'édaravone en cours d'essai et ceci de façon assymétrique.

Apparemment la FDA n'a pas été convaincu de l'excellence de ce médicament puisqu'elle a demandé un nouvel essai clinique plus large avant de permettre sa commercialisation.

Depuis comme d'habitude dans le cas d'essais infructueux, les initiateurs de l'essai retravaillent les résultats pour les présenter sous un meilleur jour. C'est de nouveau le cas pour l'étude CENTAUR. La durée de survie médiane serait maintenant de 18,8 mois.

Le refus de la FDA avait déclenché des campagnes féroces sur les réseaux sociaux de l'ALS association et de I AM ALS.

Cependant ces organisations ne sont pas toujours très transparentes sur leur intérêt financier. Par exemple l'ALS association ne finance des projets que contre participation à la propriété intellectuelle.

"the grants to Amylyx and for the clinical trial of AMX0035 included repayment provisions allowing the Association to recover up to 150 percent of its support, or up to $3.3 million."

En fait rare sont les organisations non lucratives n'ayant pas in-fine un but lucratif, Target ALS elle ne demande pas à posséder de la propriété intellectuelle.

Essai clinique en double aveugle randomisé

  • Un essai clinique en double aveugle randomisé semble être très formel, et les résultats sont souvent présentés comme indiscutables. La réalité est très différente. Quand l'essai est de petite taille comme c'est souvent le cas avec la SLA, les fluctuations statistiques (surtout quand le critère de succès est l'ALSFRS) sont importantes. Quand les essais sont de grande taille, il est difficile de controller la qualité des interventions, nombre de patients rapportent des anomalies de qualité.

Méthode d'analyse des résultats

Dans tous les cas, la méthode utilisée pour analyser les résultats influe sur ceux-ci.

  • Depuis ses débuts dans les années 1960, le principe de l'ITT ( intention de traiter) est devenu largement accepté pour l'analyse des essais cliniques contrôlés.

    L'analyse ITT fournit des informations sur les effets potentiels de la politique de traitement plutôt que sur les effets potentiels d'un traitement spécifique.

    Les analyses en intention de traiter sont effectuées pour éviter les effets de croisement et d'abandon, qui peuvent rompre l'assignation aléatoire aux groupes de traitement dans une étude.

    Les enquêteurs médicaux ont souvent des difficultés à effectuer une analyse ITT en raison de problèmes d'essais cliniques tels que des données manquantes ou une mauvaise adhésion au protocole de traitement.

  • Pour résoudre certains de ces problèmes, de nombreux essais cliniques exclus à postériori certains participants dans leur analyse en isolant des sous-groupes de patients. Les essais utilisant cette méthode sont souvent associés à des conflits d'intérêts des auteurs.

  • Une troisième méthode d'analyse, est l'analyse crossover. Elle procède de l'observation que dans les essais classiques, il n'y a souvent qu'une seule administration de traitement, et qu'en tout cas la dose ne varie jamais. Par ailleurs il n'y a souvent que deux points de contrôle, l'un avant l'essai, l'autre à sa fin.

    L'analyse crossover est une étude longitudinale dans laquelle les sujets reçoivent une séquence de différents traitements (ou expositions).

    Les mêmes mesures sont collectées plusieurs fois pour chaque sujet. Un essai croisé a une conception à mesures répétées dans laquelle chaque patient est affecté à une séquence de deux traitements ou plus, dont l'un peut être un traitement standard ou un placebo.

  • Il y a encore d'autres méthodes, par exemple la randomisation Mendelienne.

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Elevated spermidine serum levels in mild cognitive impairment, a potential biomarker of progression to Alzheimer dementia, a pilot study.

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There is a close link between iron and polyamine biosynthesis and metabolism. In a recent study, the authors reported alterations in the serum levels of hepcidin and other iron-related proteins in Alzheimer's disease patients. Hepcidin is a key regulator of the entry of iron into the circulation in mammals.

Iron plays a crucial role in many physiological processes of the human body. Early studies found iron overload is directly proportional to cognitive decline in Alzheimer's disease. Amyloid precursor protein (APP) and tau protein, both of which are related to the Alzheimer's disease pathogenesis, are associated with brain iron metabolism.

Polyamines are ubiquitous molecules, which, like iron, are essential for cell growth. All eukaryotic cells are equipped with a specific polyamine transport system (PTS). Polyamines have primary and secondary amino groups which chelate bivalent metal cations such as Fe and Cu.

Based on these findings, this pilot study compared serum levels of one of the polyamines, Spermidine, between Alzheimer's disease, mild cognitive impairment, and control subjects, correlating the levels with the existing clinical and neuroimaging data.

This cross-sectional study measured Spermidine levels in frozen serum samples of 43 Alzheimer's disease patients, 12 patients with Mild Cognitive Impairement (MCI) patients, and 21 age-matched controls, provided by the Oregon Alzheimer's Disease Center Bio-repository.

MCI patients showed significantly higher mean Spermidine serum levels compared to controls, with a non-significant trend for higher Spermidine serum levels in pure Alzheimer's disease participants compared to controls.

Furthermore, Spermidine serum levels correlated with serum levels of the chief iron regulatory protein, hepcidin in Alzheimer's disease participants with a more advanced disease stage.

These, and other results, demonstrate that the cell polyamine transport system is a potential cell entry pathway for iron. The studied polyamines, spermine and spermidine, may be components of the pool of transferrin-independent iron-chelating vectors, which have recently attracted the attention of many investigators.

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Utilisation de suppléments dans le cadre de la SLA

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Une récente étude Norvégienne sur la SLA porte sur l'utilisation de suppléments nutritifs ou médicaments non-prescrit par un médecin.

On sait qu'il y a de nombreuses propositions sur le Web de soit-disant cures de la SLA, le plus souvent basées sur des dizaines de suppléments, aussi il est intéressant que des spécialistes propose une information sérieuse sur l'éventuel impact de cette auto-prescription dans le cadre de la SLA. La dernière publication sur ce sujet datant de 2001!

Les médecins Norvégiens ont adressé un questionnaire à plusieurs dizaines de patients et obtenus 36 réponses complètes (la Norvège est un pays de la taille d'une région Française). Le questionnaire qui ressemble à ALSFRS, se nomme RAND-12.

La naltrexone à faible dose était le médicament le plus couramment utilisé, et l'utilisation de naltrexone à faible dose (3 à 4,5 mg) était associée à une meilleur condition physique.

La vitamine B était le deuxième complément nutritionnel le plus utilisé, et l'utilisation de la vitamine B était associée à un meilleur score RAND-12. Un essai clinique récent au Japon sur 51 sites et 373 patients a indiqué que la méthylcobalamine (vitamine B12) à dose ultra-élevée (25 mg et 50 mg) avait un effet positif sur la progression de la maladie chez un sous-ensemble de patients SLA.

De façon intéressante 7 patients participaient à l'étude clinique NO-ALS : un essai de supplément de nicotinamide/ptérostilbène (Elysium Health) dans la SLA. L'analyse ne montre pas un effet perceptible de ce supplément sur l'état des malades.

De même la vitamine D qui est souvent citée dans les pseudo-cures, ne semble pas être associée à un effet perceptible.

Cependant les très faible nombre de réponses ne permet pas de tirer des conclusions définitives.

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Anomalies d'imagerie liées à l'aducanumab : Que conclure ?

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il a été proposé dans les années 80, que la neurodégénérescence dans la maladie d'Alzheimer puisse être causée par le dépôt d’amyloïde-β dans les plaques du tissu cérébral. Peu de temps après, sur la base d'études post-mortem quelque peu discutables de patients atteints de maladie d'Alzheimer, l'imagerie amyloïde a été rapidement adoptée comme caractéristique de la maladie.

Pourtant de nombreux médicaments ciblant l'amyloïde-β (Aβ) dans la maladie d'Alzheimer n'ont pas réussi à démontrer leur efficacité clinique. Cependant, la FDA a récemment accordé une approbation accélérée à l'un d'entre eux, l'aducanumab de Biogen, en utilisant la réduction de la plaque amyloïde comme critère de substitution. La justification de l'approbation par la FDA et l'étendue des avantages cliniques de ces anticorps font toujours l'objet d'intenses débats.

Des scientifiques du département de radiologie, de l’hôpital de l'Université de Pennsylvanie, pensent que l'approbation de l'anticorps de Biogen est injustifiée.

Sur la base de leur évaluation des images publiées, une absorption réduite du traceur dans le cerveau pourrait être due à la mort cellulaire dans le cortex et la substance blanche dans cette population, ce qui est très susceptible de se produire après ce traitement.

Ils pensent que les résultats après le traitement par l'aducanumab suggèrent une mort cellulaire et des lésions tissulaires importantes représentées par l'absorption du traceur décédé plutôt que par l'élimination des plaques amyloïdes chez les patients atteints de maladie d'Alzheimer.

Pour eux les futures études contrôlées par placebo avec un traitement anti-maladie d'Alzheimer devraient être suivies de l'imagerie FDG PET comme méthodologie bien établie pour évaluer la fonction cérébrale, au lieu de l'imagerie amyloïde.

Reprogrammation cellulaire et rajeunissement épigénétique

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Le vieillissement est un processus complexe qui affecte tous les humains, et qui s'accompagne d'une susceptibilité accrue à une gamme large de maladies, notamment neurodégénératives.

Aussi dans le cadre de ces maladies neurodégénératives, plutôt que de viser une cible thérapeuthique moléculaire comme TDP-43 pour la SLA ou alpha-synucléine pour la maladie de Parkinson, pourquoi ne peut vouloir rajeunir les cellules et les tissus qu'elles composent?

De nombreuses études indiquent que le processus de vieillissement n'est peut-être pas aussi inévitable qu'on le pensait auparavant.

Parmi les interventions connues qui aboutissent à un vieillisssement ralenti, on trouve la parabiose. Il en effet été démontré que le sang de sujets jeunes a des propriétés rajeunissantes. La parabiose est une technique dans laquelle les systèmes circulatoires deux organismes, l'un jeune et l'autre âgé sont connectés.

Une autre technique élimine des cellules sénescentes, retarde l'apparition de pathologies liées à l'âge et peut prolonger la durée de vie. Par conséquent, les médicaments appelés sénolytiques qui induisent sélectivement l'apoptose dans les cellules sénescentes font l'objet de recherche intenses dans le domaine du vieillissement moléculaire. Bien sûr il est hors de question d'appliquer cette technique à des cellules qui se renouvellent lentement (comme les muscles) voire pas du tout comme les neurones moteurs ce qui serait catastrophique pour des malades de la SLA.

La manipulation de l'apport alimentaire est également l'une des interventions de vieillissement les plus étudiées. Divers régimes (par exemple restriction calorique, jeûne intermittent, régime cétogène) manipulent les voies de détection des nutriments, en particulier celles impliquant mTOR et l'insuline/facteur de croissance analogue à l'insuline (IGF), pour prolonger la durée de vie et réduire les facteurs de risque métaboliques. Divers médicaments, tels que la rapamycine, semblent imiter les effets de la restriction calorique et induisent l'autophagie. Là encore il semble impossible d'appliquer de telles techniques à des maladies dont on sait qu'elles sont caractérisées pour des anomalies métaboliques graves.

Un apport récent aux stratégies anti-âge en cours de développement, vient des approches de reprogrammation cellulaire. Contrairement à des affirmations dogmatiques faites au cours du siècle précédent, que les phénotypes cellulaires des cellules matures, ne sont pas irréversibles, elles peuvent êtres manipulées vient des interventions chimiques. C'est ce qu'on appelle la reprogrammation cellulaire.

Les cellules souches embryonnaires sont les cellules centrales du développement, puisqu'elles vont générer progressivement toutes les autres cellules de l'organisme, grâce à des étapes de différenciation et de prolifération finement orchestrées pour créer, finalement, un individu pluricellulaire viable. Cependant chez l'adulte des cellules souches sont toujours actives et permettent la création continue de muqueuses, de peau, de sang. En général la création de cellules matures passe par différentes étapes. Par exemple au cours du processus de maturation des globules rouges, un hémocytoblaste, une cellule souche hématopoïétique multipotente, génère des progéniteurs myéloïdes commun ou cellule souche multipotente, puis une cellule souche unipotente, puis un basophile, aussi communément appelé érythroblaste, puis un réticulocyte (un globule rouge immature) qui va quitter la moëlle osseuse pour intégrer la circulation sanguine.

Cependant, la reprogrammation cellulaire transforme une cellule en un état pluripotent, où elle a le potentiel de générer n'importe quel type de cellule somatique. Ce procédé n'est pas approprié pour une thérapie anti-âge in vivo car il nécessite non seulement la perte de l'identité cellulaire originelle, ce qui reviendrait à tuer l'hôte biologique par arrêt des différents organes. De plus, l'induction de la pluripotence ou l'injection directe de cellules pluripotentes in vivo conduisent invariablement au cancer chez la souris. Pour qu'une intervention basée sur la reprogrammation cellulaire soit considérée comme rajeunissante (transformation d'une vieille cellule en une cellule plus jeune), l'identité des cellules somatiques doit être impérativement conservée.

Cellules souches pluripotentes induites: Les travaux révolutionnaires de Takahashi et Yamanaka en 2006 ont montré que la surexpression de quatre facteurs de transcription (Oct3/4, Sox2, Klf4 et c-Myc, désormais appelés « facteurs Yamanaka » ou facteurs « OSKM ») réorganise le paysage épigénétique et convertit les cellules somatiques en un état pluripotent. Depuis la création de cellules souches pluripotentes induites (iPSC) in vitro, il est devenu clair que l'identité cellulaire est dictée par des changements épigénétiques, plutôt que par la perte ou les altérations de l'ADN génomique. Les conséquences de cette découverte n'ont probablement pas encore été complètement assimilées tant est encore forte l'idée que le génome contient toutes les informations qui définissent la cellule.

Les iPSC offrent la promesse d'une thérapie régénérative dirigée et personnalisée (c'est-à-dire les iPSC cultivés à partir de cellules de patients, minimisant l'incompatibilité) pour des maladies actuellement incurables, telles que les maladies neurodégénératives du système nerveux central, l'infarctus du cœur, le diabète sucré, ainsi que le foie, les poumons, et variétés de maladies rénales. Il s'agit là véritablement de la nouvelle frontière en matière de médecine, car ces maladies sont pour l'instant réfractaires à tout traitement qui ne serait pas seulement symptomatique.

Rajeunissement épigénétique induit par la reprogrammation La reprogrammation des cellules vers la pluripotence a montré qu'en principe, les phénotypes cellulaires liés à l'âge peuvent être inversés, y compris dans les cellules différenciées en phase terminale qui ne se divisent pas. Cependant, cela est basé sur la dédifférenciation, transformant les cellules en un état semblable à celui des cellules souches, en tant que processus sous-jacent. La dédifférenciation est également un processus observé dans l'oncogenèse (le début du processus de cancérisation). Pour éviter le risque d'induction de cancer, une autre stratégie a été proposée : le rajeunissement épigénétique - où une vieille cellule est rajeunie sans changement d'identité cellulaire.

Si, par exemple, l'inversion de l'âge lors de la reprogrammation cellulaire pouvait être découplée de la dédifférenciation, une stratégie de rajeunissement viable à l'abri du risque de cancer pourrait exister. Pour obtenir un rajeunissement épigénétique via des facteurs de reprogrammation, il est nécessaire d'interompre le processus à un stade intermédiaire, où les cellules ont commencé à changer épigénétiquement, mais ne se sont pas encore complètement dédifférenciées.

Les cellules sont ainsi isolées entre les jours 3 et 15 au cours de la dédifférenciation induite par l'OSKM humain classique alors qu'elles n'ont pas encore perdu leur identité somatique. Une tentative pilote de test conceptuel du rajeunissement épigénétique a été faite par Manukyan et al. où OSKM + LIN28 a été exprimé dans des fibroblastes sénescents humains et la mobilité de la protéine d'hétérochromatine 1β (HP1β) a été restaurée à des niveaux non sénescents, mais pas aux niveaux de cellules souches embryonnaires humaines (CSEh).

De plus, Ocampo et al. ont démontré qu'une reprogrammation partielle, obtenue par induction transitoire et périodique d'OSKM (2 jours de traitement, puis 5 jours de repos, répétée plusieurs fois), améliore les signes du vieillissement sans perte d'identité cellulaire. Ils ont d'abord effectué une reprogrammation partielle sur des fibroblastes de souris progéroïdes (a viellissement accéléré) et atténué les caractéristiques associées à l'âge, telles que les dommages à l'ADN, les dommages à l'enveloppe nucléaire, la dérégulation des modifications des histones, les facteurs associés au stress et à la sénescence et les espèces réactives de l'oxygène (ROS ).

Un rajeunissement similaire des modifications d'histones dérégulées a également été observé lorsqu'une reprogrammation transitoire a été effectuée sur des fibroblastes humains à passage élevé (dérivés d'iPSC). Une reprogrammation partielle a également été appliquée in vivo à des souris progéroïdes, ce qui a prolongé leur durée de vie en l'absence de formation de tératome. Lorsqu'il est répété chez des souris d'âge mûr naturellement âgées, la capacité de régénération des muscles et du pancréas après une blessure a été améliorée, ainsi que la tolérance au glucose.

Depuis l'OSKM exprimé de manière transitoire chez la souris par Ocampo et al., la reprogrammation partielle est devenue une avenue passionnante pour la recherche sur le rajeunissement. Ce qui restait également peu clair était la nature du rajeunissement qui se produisait.

Pour tester ces scénarios, deux biomarqueurs sont nécessaires pour suivre: (i) le vieillissement biologique (ii) l'état de dédifférenciation.

enter image description here Les chercheurs ont appliqué divers prédicteurs d'âge à une reprogrammation bien étudiée de 49 jours sur des fibroblastes dermiques humains (HDF) qui contenaient à la fois des données de méthylation (pour suivre l'âge comme indicateur de l'âge biologique) et des données d'expression génique (pour suivre les marqueurs cellulaires comme un proxy pour l'identité somatique).

Le rajeunissement de l'âge commence après le jour 3 et diminué régulièrement jusqu'à atteindre l'age zéro au jour 20, bien avant la fin de la chronologie de reprogrammation. Pendant ce temps, l'expression du gène marqueur des fibroblastes diminuée et reste à des niveaux relativement stables jusqu'au jour 15, après quoi elle a chuté de façon spectaculaire.

Ainsi, la majorité des cellules du jour 15 sont au-delà du "point de non-retour" et dans la phase de maturation de la reprogrammation, où la mémoire de leur identité cellulaire d'origine est perdue. Il y a une fenêtre où la réjuvénation semble possible et sans danger entre les jours 3 et 13. Cette technique est-elle réellement applicable à des sujets agées, la réjuvénaton éventuelle est-elle permanente, quel est le risque de cancer?

Une prépublication récente de Gill et al. ont abordé ces questions en utilisant un système de reprogrammation in vitro similaire avec des fibroblastes de donneurs d'âge moyen et en arrêtant l'expression d'OSKM après les jours 10, 13, 15 ou 17. L'étude a confirmé un phénotype rajeuni des cellules reprogrammées de manière transitoire, qui est maintenu lors du retour à l'état somatique au moins quatre semaines après le retrait de l'OSKM. Ces cellules ont conservé leur phénotype plus juvénile et ont montré un âge transcriptionnel moins dégradé que celui de leur âge biologique, une expression génique associée à l'âge régulée à la baisse et une expression régulée à la hausse des gènes caractéristiques des cellules plus jeunes telles que les collagènes.

Les auteurs ont défini le jour 13 comme un "sweet spot" pour le rajeunissement, où l'âge a été réduit d'environ 30 ans après le retrait de l'OSKM. Cette observation est cohérente avec les données d'Ohnuki et al pour le jour 13 avant le retrait de l'OSKM, qui coïncide également avec la limite de « fenêtre de sécurité » partiellement reprogrammée définie dans Olova et al. De plus, Gill et al. montrent que les activateurs spécifiques aux fibroblastes sont restés déméthylés pendant l'exposition transitoire à l'OSKM, agissant ainsi comme un support de mémoire épigénétique pour l'identité des fibroblastes et facilitant le retour à l'état somatique.

Pendant la fenêtre de reprogrammation partielle, les gènes somatiques maintiendraient une expression plus faible mais stable, pointant vers un programme de transcription qui est "en attente" et pas encore perdu.

D'autres études ont confirmé et étendu les observations précédentes. Sarkar et al. ont exprimés par thérapie mARN, OSKM + LIN28 + NANOG (OSKMLN) de manière transitoire dans des fibroblastes dermiques humains adultes et des cellules endothéliales pendant quatre jours et ont analysé l'expression et la méthylation des gènes deux jours après l'interruption (Ocampo et al., en comparaison, ont utilisé un système inductible par la doxycycline et une expression forcée 2–4 jours dans des cultures cellulaires). Une caractéristique importante de ce système est que l'OSKMLN est introduit de manière non intégrative sous la forme d'un cocktail de molécules d'ARNm, ce qui signifie qu'il n'y a pas d'intégration aléatoire d'OSMKLN dans le génome, ce qui minimise le risque oncogénique.

Ils ont comparé l'âge et l'expression de l'ARN d'échantillons âgés (60 à 90 ans) avant et après traitement, avec des échantillons jeunes (15 à 35 ans). Selon l'horloge de Horvath, le traitement OSKMNL a significativement réduit l'âge des fibroblastes et des cellules endothéliales, bien que l'effet ait été plus prononcé dans ces dernières.

Sarkar et al. ont ensuite testé l'effet de la reprogrammation partielle sur les cellules souches en transplantant des cellules souches musculaires squelettiques (MuSC) âgées, jeunes, âgées et transitoires, traitées à l'OSKMNL, dans les muscles blessés de souris immunodéprimées. Ils ont observé une capacité de régénération améliorée dans les anciens MuSC traités à l'OSKMNL, comparable à celle des jeunes MuSC, et aucun tératome ou lésion néoplasique ne s'est développé. Une amélioration de la fonction musculaire a également été observée dans les muscles greffés avec les anciens MuSC traités à l'OSKMNL par rapport aux anciens MuSC non traités. Sarkar et al. ont répété l'expérience avec des MuSC humains âgés (60 à 80 ans) et ont constaté qu'ils avaient également une capacité de prolifération supérieure à celle des cellules non traitées, comparable aux jeunes MuSC humains. Cela semble de bonne augure pour les malade de la SLA.

Une autre approche de reprogrammation cellulaire a récemment été testée dans les troubles de la vision liés à l'âge et aux blessures chez la souris. Lu et al. ont montré que l'expression ectopique d' Oct4, Sox2 et Klf4 (OSK) stimulait la régénération des axones dans un modèle murin de lésion par écrasement du nerf optique. La même stratégie a conduit à une vision améliorée dans un modèle murin de glaucome. Le traitement OSK chez des souris saines âgées de 12 mois a amélioré l'acuité visuelle et l'expression des gènes liés à l'âge.

Conclusion La reprogrammation cellulaire a démontré son potentiel non seulement en médecine régénérative, mais aussi dans le domaine du vieillissement grâce à l'amélioration des caractéristiques physiologiques et cellulaires du vieillissement. Cependant, la nature précise de la réjuvénation doit être pleinement comprise avant de pouvoir être mise en œuvre en toute sécurité en tant que traitement anti-âge. Par exemple, le suivi de toute trace de pluripotence dans des cellules partiellement reprogrammées (en particulier in vivo) est une précaution nécessaire pour minimiser le risque de cancer à long terme. De plus, ce phénotype reste-t-il stable ou finit-il par se détériorer à un rythme plus rapide que le vieillissement normal ?

D'autres préoccupations importantes en matière de sécurité réjuvénation incluent la façon dont les facteurs de reprogrammation sont introduits in vivo. Les rétrovirus sont couramment utilisés pour intégrer des facteurs de reprogrammation dans le génome. Cependant, cette méthode comporte des risques. Les méthodes de délivrance telles que la transfection d'ARN sont des alternatives plus sûres. Une autre alternative sûre est la reprogrammation chimique, qui implique la conversion directe d'une cellule somatique en un état pluripotent en utilisant de petites molécules et des facteurs de croissance. Il évite également l'utilisation de c-Myc, qui est un oncogène.

Une analyse plus approfondie est également nécessaire concernant les cellules pré-malignes, qui ont une propension plus élevée à se transformer en un état malin, après la réjuvénation.

Il reste également à explorer plus avant si et comment réjuvénation fonctionnerait sur les cellules différenciées en phase terminale post-mitotiques, telles que les neurones, les cardiomyocytes ou les adipocytes, mais également sur d'autres cellules ne se divisant pas telles que les cellules quiescentes ou sénescentes. Cette question est particulièrement importante dans la cadre de la SLA car les motoneurones sont des cellules quiescentes. Des travaux pilotes ont été réalisés dans ces deux derniers états, démontrant qu'un phénotype rajeuni est réalisable après restauration de la division cellulaire. Ces résultats pourraient indiquer un scénario où la prolifération est une exigence essentielle pour le rajeunissement. En effet, la pluripotence induite des neurones postnatals n'est possible qu'après une prolifération cellulaire forcée via l'expression de p53.

Cet article est adapté à partir de cette publication doi: 10.1186/s13148-021-01158-7 Cellular reprogramming and epigenetic rejuvenation Daniel J. Simpson, Nelly N. Olova, et Tamir Chandra

Circulating Lipids and the Risk of TDP-43 Related Disorders

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Frontotemporal dementia (FTD) and amyotrophic lateral sclerosis (ALS) are two distinct degenerative disorders with overlapping pathology, including the presence of TDP-43 aggregates in nearly 50% of patients with FTD and 98% of all patients with ALS.

The BMI and circulating lipids are complex traits that have been previously associated with ALS, and to a much lesser extent with FTD. The BMI seems to be delineating the clinical form along the spectrum, with the smaller BMI at the ALS end and the highest in the FTD end of the spectrum.

Scientists from Instituto de Investigación Sanitaria San Carlos (IdISSC), and Universidad Complutense de Madrid in Spain, hypothesized that some of the genetic variants affecting body's lipid metabolic traits could be associated with particular clinical forms of TDP-43 proteionopathies within the spectrum of disorders of FTD and ALS.

To assess this hypothesis, the authors used an analytical tool known as Mendelian randomization analysis (MR) of 2 samples (2SMR), which allows for the identification of overlapping genetic variants betthe authorsen several risk factors and the disease of interest.

Many epidemiological study designs are limited in the ability to discern correlation from causation. Mendelian randomization is a statistical method using variation in genes (alleles) to reduce the impact of confounding factors, which often mislead the interpretation of results from epidemiological studies. It relies on the fact that groups of individuals defined by genetic variation associated with an exposure should be largely unrelated to the confounding factors. Yet using only one set of data is not without its own problems, so scientists prefer to use two sets of independant data.

Two-sample Mendelian randomization refers to the application of Mendelian randomization methods to summary association results estimated in non-overlapping sets of individuals. These data can be obtained from the published literature, typically from summary results provided by consortia of genome-wide association studies (GWAS), or estimated directly from individual-level participant data.

The scientists from Madrid conducted two independent studies in parallel to evaluate the effect of genetically predicted body complexion and circulating lipids on the risk of FTLD TDP subtype and on ALS and compared their effects in these two TDP-43 related diseases that belong to a spectrum of disorders.

The authors found that body trunk mass and triglycerides levels could be more relevant for the risk of FTLD TDP subtype, and on the contrary, the levels of LDL cholesterol, and possibly linoleic and omega 6 fatty acids, play a more important role in the risk of ALS. enter image description here Moreover, they identified two genetic variants shared in the two studies conducted on FTD and ALS. These two variants are located in two genes that encode proteins with role in RNA metabolism which is a well-documented pathological mechanism operating in these disorders.

Though the significantly associated circulating lipid traits were different between FTD and ALS, the researchers could identify a common significant genetic variant in the HNRNPK gene in both the diseases. This gene is widely expressed in neuronal tissue and encodes for the hnRNP K protein. Similar to TDP-43, which is also a family member of hnRNP proteins, this protein binds to RNA and has a role in RNA processing and maturation. This protein is altered in models of ALS with TDP43 mutation, and recently, it has been found mislocalized in patients with FTLD.

Curiously, it has been shown that hnRNP K phosphorylation controls the aggregation of TDP-43 in the cytosol. These findings suggest that HNRNPK could be a potential molecular causal link between the lipid metabolic alterations and ALS/FTD spectrum of disorders.

In conclusion the scientists demonstrated that lipid metabolic genetic variation is important pathological mechanism contributing to these multifactorial complex disorders etiology. In particular, their study suggests that higher LDL cholesterol and fatty acid levels could potentially have a causal role in the risk of ALS.

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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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