Des troubles métaboliques sont associés à la progression de la sclérose latérale amyotrophique. Cette nouvelle étude de Tanya S McDonald et de ses collègues de l'Université du Queensland est très intéressante, car elle est centrée sur la physiologie et non des phénomènes moléculaires. Tout au long de la progression de la maladie de la SLA chez des souris de laboratoire, les chercheurs ont identifié une augmentation de l'absorption du glucose, probablement due à des mécanismes indépendants de l'insuline. Ce glucose était alors stocké sous forme de glycogène dans des tissus tels que le foie, plutôt que d'être utilisée comme source d'énergie.

Normalement, chez un humain en bonne santé, l'état après repas, ou postprandial, élève les niveaux de glucose et déclenche la libération d'insuline par le pancréas. À mesure que les niveaux d'insuline augmentent, il y a une augmentation de l'absorption du glucose, de l'oxydation et du stockage dans les tissus périphériques ainsi que des augmentations dans d'autres voies anaboliques.

Le glycogène fonctionne comme l'une des deux formes de stockage d'énergie, le glycogène étant un stockage à court terme et l'autre forme étant des réserves de triglycérides dans le tissu adipeux (c'est-à-dire la graisse corporelle) pour un stockage à long terme.

Les patients atteints de SLA ne peuvent maintenir leur poids, et éprouvent une perte musculaire rapide. Curieusement cette perte musculaire ne fait pas l’objet de beaucoup d’attention de la part des scientifiques qui ne s’intéressant qu’aux neurones moteurs, déplorent un manque de biomarqueurs, alors que la perte de masse musculaire est un biomarqueur évident. Cet article tend à dire que la SLA est une forme de diabète, même si cela n’est pas exprimé formellement dans l’article.

Une perte de poids rapide chez les patients atteints de la SLA est associée à une rapide progression de la maladie, tandis qu'à l'inverse, un indice de masse corporelle plus élevé (~27) a tendance à augmenter le taux de survie. Les études suggèrent également que la résistance à l'insuline joue un rôle dans la progression de la maladie chez les patients et les modèles animaux de la SLA.

L'homéostasie du glucose est fondamentale pour le corps humain et régulée principalement par les niveaux de 4 hormones majeures : 1. L'insuline 2. Glucagon 3. Cortisol 4. Épinéphrine Les rapports de ces hormones en circulation dicteront l'activité de voies métaboliques spécifiques qui contrôlent l'homéostasie du glucose. Il existe de nombreuses autres hormones (hormone thyroïdienne, hormone de croissance, etc.) et adipokines (adiponectine, leptine, etc.) qui peuvent influencer l'homéostasie du glucose, ainsi que des mécanismes neuronaux qui contrôlent les fonctions de niveau supérieur telles que la faim et la satiété.

La sécrétion d'insuline dépend du métabolisme oxydatif. Chez l'homme, le glycogène est fabriqué et stocké principalement dans les cellules du foie et des muscles squelettiques.

Les souris SOD1G93A présentent une perte de poids corporel et de masse corporelle maigre avec une activité réduite et augmentation de la consommation d'oxygène au stade mi-symptomatique de la maladie.

McDonald et ses collègues ont d'abord cherché à déterminer si la perte de poids fréquemment observée chez les souris SOD1G93A était plutôt due à une réduction de la prise alimentaire ou encore à une augmentation de la dépense énergétique.

Au début de la maladie, les souris n'ont montré aucune différence de poids corporel, mais avaient cependant une perte de 10 % de leur masse corporelle maigre (masse corporelle autre que la graisse, y compris les os, les muscles, le sang, la peau, etc.). C’est-à-dire que de la graisse c’était substituée à la masse musculaire. Au stade mi-symptomatique, les souris SOD1G93A pesaient significativement moins que leurs congénères normales, avec respectivement une perte de 8 et 10 % du poids corporel total et de la masse corporelle maigre.

Cependant l'apport alimentaire total était similaire entre les souris normales et les souris SOD1G93A à ces deux stades de la maladie.

Alors qu’au stade initial, il n'y avait aucune différence dans la consommation d'oxygène entre les souris mutées et normales, au stade symptomatique moyen, la consommation moyenne d'oxygène chez les souris SOD1G93A était nettement supérieure à celle des souris normales.

Cette augmentation de la consommation d'oxygène au stade mi-symptomatique n'était pourtant pas due à une augmentation de l'activité locomotrice moyenne, car la réduction de l'activité locomotrice a été mesurée que pendant le cycle d'obscurité aux stades d'apparition et mi-symptomatique. En effet, pendant la phase lumineuse, les souris SOD1G93A à mi-symptômes étaient 126 % plus actives que leurs congénères normales.

Aucune corrélation n'a été trouvée entre la diminution de la masse corporelle maigre et la consommation moyenne d'oxygène sur une période de 24 heures.

L'absorption exogène de glucose est augmentée chez les souris SOD1G93A au stade mi-symptomatique de la maladie

Les scientifiques ont ensuite cherché à déterminer si la gestion du glucose était altérée chez les souris SOD1G93A. Au début des symptômes, les souris SOD1G93A et leurs congénères normales ont répondu de manière similaire au glucose. Cependant, au stade mi-symptomatique de la maladie, les souris SOD1G93A ont montré un taux plus rapide de clairance de la glycémie.

Les auteurs ont ensuite confirmé que la perte de poids corporel chez les souris SOD1G93A n'était pas responsable de la baisse de concentration du glucose dans le sang. Bien que la concentration d'insuline de base soit restée inchangée, la réponse de l'insuline plasmatique au glucose exogène était significativement plus faible chez les souris SOD1G93A, avec une réduction de 44 % des concentrations d'insuline.

Au début de la maladie et à son stade symptomatique moyen il n'y avait aucune différence dans la zone immunoréactive du glucagon- cellules positives. Mais au stade mi-symptomatique McDonald et ses collègues ont trouvé dans le pancréas des souris SOD1G93A, une réduction de 22% des cellules β positives à l'insuline par rapport au pancréas de souris normales.

Malgré cette différence dans les concentrations de glycémie de base, les souris normales et SOD1G93A ont répondu de manière similaire à l'insuline.

Bien que les souris SOD1G93A pesaient moins au début et au milieu des symptômes, la quantité d'insuline n'avait aucune corrélation avec l'inverse des taux de glycémie. Cela indique que la détection du métabolisme oxydatif était inopérante ce qui est une des caractéristiques du diabète.

En plus des taux d'insuline et de glucagon, les auteurs ont également démontré que les concentrations de glycogène étaient 210 et 480 % plus élevées dans le foie des souris SOD1G93A respectivement aux stades d'apparition et au milieu des symptômes de la maladie.

La tolérance à l'insuline n'est pas affectée chez les souris SOD1G93A, malgré une baisse de la glycémie à jeun

Après un jeûne d'une nuit, l'accumulation de glycogène dans le foie était encore de 400 à 500 % plus élevée chez les souris SOD1G93A au milieu des symptômes par rapport à leurs congénères normales. Ces changements sont indépendants de l'insuline car il n'y avait pas de différence dans l'élimination du glucose en réponse à l'insuline exogène. De plus, les souris SOD1G93A présentent une réduction de la surface cellulaire exprimant de l'insuline et une altération de la libération d'insuline en réponse au glucose exogène. Les souris SOD1G93A ont également montré une accumulation de glycogène dans le foie, malgré une augmentation des concentrations de glucagon circulant et des données d'expression génique, suggérant une diminution à la fois de la synthèse et de la dégradation du glycogène. Cela indique que la signalisation du glucagon peut être altérée dans le foie des souris SOD1G93A. Enfin, le profil d'expression génique de plusieurs enzymes métaboliques a suggéré que le foie passe de l'utilisation du glucose aux acides gras comme source d'énergie, ce qui a déjà été trouvé dans le muscle squelettique et les tissus du SNC dans la SLA.

Cela confirme les résultats dans d'autres tissus affectés qui montrent un passage de l'utilisation du glucose aux lipides comme principale source de carburant pour le cycle du TCA. Bien que le déclencheur exact qui conduit à ce changement soit inconnu, il a été proposé qu'une augmentation du métabolisme des acides gras se produise pour compenser l'incapacité des tissus à utiliser le glucose et le glycogène comme substrats énergétiques. Bien qu'il s'agisse d'un mécanisme compensatoire bénéfique à court terme, la dépendance chronique au métabolisme des acides gras via la β-oxydation peut entraîner l'accumulation de sous-produits toxiques, en particulier des espèces réactives de l'oxygène (ROS).

Conclusion Ce qui est décrit dans cet article rappelle l’évolution du diabète. Au début du diabète, le pancréas produit normalement l'insuline. Les cellules des muscles utilisent de préférence les acides gras comme source d'énergie. Progressivement les cellules de l'organisme chargées de capter et d'utiliser le glucose deviennent insensibles à l'insuline. Le glucose ne pouvant entrer dans les cellules, les cellules bêta des îlots de Langerhans du pancréas vont produire plus d'insuline pour forcer la prise de glucose par les cellules. Dans cet article le mécanisme est un peu différent, au lieu de produire davantage d’insuline, le corps stocke le glucose sous forme de glycogène. Plus le diabète avance, plus les cellules bêta s'épuisent, jusqu'à disparaître. Cette disparition a aussi été constatée dans l’article. Par contre cela n’explique pas l’aspect local du début de la SLA et la progression géographique de la maladie, et c’est un travail sur des souris modèles de la SLA. On sait que les travaux sur des souris sont rarement transposable aux humains, particulièrement pour les maladies neurodégénératives. Cependant cet article est singulier. C’est un article qui parle de physiologie, il ne fait pas appel à d’obscures molécules auxquelles on affecte arbitrairement des rôles biologiques, il suggère pour la SLA un mécanisme qui n’a rien d’excentrique. Naturellement il reste encore de nombreuses inconnues, pourquoi la SLA démarre souvent par un muscle spécifique, puis progresse. De toute façon on ne sait pas plus soigner le diabète que la SLA, mais je crois qu’un pas important a été franchi.

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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.

Tous les mois une découverte révolutionnaire ?

Tous les mois la presse spécialisée nous informe d'un progrès décisif dans le traitement de la SLA. Au début du mois de février, c'était un jeune docteur en Écosse, qui s'avère n'avoir fait que des expériences in-vitro montrant un rallongement des axones de neurones moteurs inférieurs quand ils étaient soumis à un inhibiteur de PGC1α, mais le service de presse de son université avait traduit cela comme étant une grande découverte permettant d'espérer l'arrivée prochaine d'un médicament. On sait depuis 2008 que PPAR-γ est un facteur de transcription qui interagit avec PGC-1α et qu’ils sont impliqués dans la SLA.

Nous sommes à la fin du mois, et voici une nouvelle annonce de découverte importante concernant un traitement de la SLA. Il s'agit d'une molécule qui est développée depuis presque une dizaine d'années à la Northwestern University, dans l'Illinois. Plusieurs articles ont déjà été écrits à propos de cette molécule, mais il s'agissait de trouver une molécule qui soit à la fois caractérisée par une faible toxicité, capable de passer la barrière hémato-encéphalique et d'avoir une action sur la progression de la maladie. Mais en 10 ans il n'avait pas été procédé à des essais extensifs de cette molécule sur des souris modèles de la SLA. Il semblerait que ce soit le cas aujourd'hui, peut-être grâce à la collaboration entre deux équipes, celles du professeur Richard B. Silverman qui est orientée "chimie" et celle de la professeure Hande Ozdinler plutôt orienté « biologie ».

Il y a à la fois une bonne et une mauvaise nouvelle dans ce nouvel article. La mauvaise nouvelle est que la molécule ne serait efficace que sur les neurones moteurs supérieurs. Cela est un peu surprenant et il n’y a pas vraiment d’explications élaborées qui seraient fournis par les auteurs de l’article. En général dans la SLA les deux types de neurones sont affectés et restaurer le fonctionnement des neurones moteurs supérieurs ne sera guère utile, si les neurones moteurs inférieurs sont incapable de commander les muscles. De plus dans l’article il n'est question que de restaurer la bonne santé de neurones malades, donc traités dès l'apparition des symptomes.

Les auteurs ont un langage très agressif

Les auteurs estiment que les autres chercheurs n’ont pas cherché à élaborer des thérapies pour les neurones moteurs supérieurs. C’est évidemment faux, nombres d’études utilisant des échantillons de cerveaux de malades décédés sont là pour en témoigner.

Les auteurs n’hésitent pas non plus à affirmer que les autres chercheurs effectuent leurs recherches in-vitro avec un ensemble différent de lignées cellulaires, parfois sans rapport avec la biologie des motoneurones.

Dans la mesure où le système nerveux implique un grand nombre de types différents de cellules, et que celles-ci sont originaires de seulement quelques lignées de cellules souches, au contraire cela semble très sain. Par ailleurs on pourrait contrer cette focalisation sur les neurones en rappelant que les neurones n’exercent pas leur fonction de façon isolée, un nerf c’est un ensemble de cellules qui collaborent à la même tâche. D'ailleurs à la lecture de l'article on se demande immédiatement pourquoi les auteurs n'ont pas examinés les astrocytes, qui ne sont présent que dans le système nerveux central.

Ils expliquent encore qu’il n'y a jamais eu d'étude qui examine les motoneurones supérieurs au niveau cellulaire au cours de la maladie. Le nombre d’études sur la SLA utilisant des souris modèles de la maladie est là pour témoigner de la fausseté de cette affirmation.

Une thérapie qui est efficace quel que soit le type de proteopathie.

La bonne nouvelle, apparemment inattendue, c’est que la molécule est efficace à la fois pour les pathologies de type SOD1 (environ 2 % des malades) et TDP-43 (environ 95 % des malades). Les auteurs estiment qu’il s'agit de la première étude axée sur les mécanismes et les cellules et qui jette les bases des études futures qui identifieront les composés en fonction de leur capacité à restaurer la santé des neurones. Dans cette étude, quatre fines tranches de cortex moteur issus de sujets témoins normaux sans maladie neurologique et neuf tranches issus de patients SLA ont été inclus. Là encore le nombre est très faible, dans d’autres études plusieurs centaines de tissus issus de personnes décédés sont étudiés. Il y a d’ailleurs des banques de données qui permettent de partager les données entre chercheurs.

Coupes histologiques de patients décédés

Les motoneurones supérieurs n'ont été comptés que si leur soma et leur dendrite apicale étaient tous deux visualisés dans la même section de 50 µm d'épaisseur. Cela suppose une sélection sévère des neurones, est-ce que les neurones sélectionnés sont représentatifs de la population de motoneurones supérieurs?.

Identification du NU-9 :

Le cyclohexane chiral 1,3-Diones, est une molécule de cyclohexane contenant deux groupes cétone. Comme dit plus haut, en fait les travaux sur NU-9 ont débutés il y a presque une dizaine d’années. Un criblage à haut débit de plus de 50 000 molécules avait été réalisé à l'aide d'un test à base de cellules PC12 exprimant la SOD1G93A pour identifier les composés qui atténuaient l'agrégation des protéines et la cytotoxicité. Cela a permis d’identifier trois familles de composés :

  • Un premier composé a été sélectionné parmi plus de 50 analogues de la cyclohexane-1,3-dione, à cause de sa capacité à réduire la toxicité médiée par mSOD1 et à inhiber l'agrégation des protéines.

  • Plusieurs cycles d'optimisation ont été effectués, aboutissant à un autre composé, qui a également avait d'excellentes propriétés pharmaceutiques in vitro, mais ne pénétrait pas dans les neurones. D'autres modifications de ce composé ont alors conduit à la génération de NU-9, qui pénètre les neurones corticaux, traverse la barrière hémato-encéphalique et possède des propriétés pharmacocinétiques favorables.

Gestion des souris

Les souris sont issues d’un croisement de souris modèle de la SLA de type SOD1 et de souris porteuses d’une protéine fluorescente. Dans cette étude, seules les souris femelles ont été utilisées pour les expériences. L’étude porte sur un très petit nombre de souris, on peut se demander si cela à un intérêt de faire une étude sur un nombre de souris aussi faible, car aucun lissage ne permet de gommer les inévitables mesures non significatives. Les souris surréagissent notoirement à d’infimes variations dans leur environnement, il y a peu nous avons ainsi rapporté que des souris modèles de la SLA devenaient malades à Stanford mais pas au MIT !

  • Dix souris WT-UeGFP et six hSOD1G93A-UeGFP ont été traitées avec le placebo,
  • Cinq souris WT-UeGFP et sept souris hSOD1G93A-UeGFP ont été traitées avec 20 mg / kg / jour dose de NU-9.
  • Onze souris WT-UeGFP , neuf souris hSOD1G93A-UeGFP et quatre souris prpTDP-43A315T-UeGFP ont été traitées avec une dose de 100 mg / kg / jour de NU-9.

La dose de NU-9 ou de placebo a été administrée une fois par jour par gavage oral, en commençant au jour postnatal (P) 60 et en continuant jusqu'à P120. Ce composé NU-9 est capable de prolonger la durée de vie d’une souris modèle de la SLA de 13% avec une dose de 20 mg/kg. Une étude toxicologique répétée pendant 7 jours chez la souris a mis en évidence une dose sans effet nocif observé de 100 mg/kg.

Toutes les souris ont été sacrifiées au bout de 120 jours (P120), ce qui est considéré comme un stade terminal pour ce type de souris modèle de la SLA et environ 60% des motoneurones supérieurs dans le cortex moteur sont alors perdus tandis que les motoneurones supérieurs restants ont une taille de soma plus petite et des dendrites apicales vacuolées et désintégrées. Il ne semble pas y avoir eu de test sur un accroissement de durée de vie des souris traitées.

Analyses qualitatives SOD1

Le microscope électronique a permis des analyses du type de cellule des motoneurones supérieurs et de leurs organites clés avec une grande précision. À P120, les motoneurones supérieurs des souris hSODG93A-UeGFP traitées avec le placebo avait perdu la plupart de leur intégrité cytoplasmique. Il y restait très peu d'organites intacts dans le soma. Cependant, la présence de mitochondries et de réticulum endoplasmique désintégrés étaient évidentes. Les mitochondries avaient principalement perdu l'intégrité de leur membrane interne, s’étaient agrégées, agrandies ou avaient commencé à se désintégrer. Le réticulum endoplasmique montrait également des citernes brisées et dispersées.

Le traitement NU-9 (dose de 100 mg / kg par jour) a montré de profondes améliorations à la fois de la structure et de l'intégrité des mitochondries et du réticulum endoplasmique des motoneurones supérieurs malades. Lors du traitement, le soma de ces neurones montrait une membrane nucléaire intacte, qui était dépourvue de toute invagination ou saillie, et la détection de nombreux organites qui étaient appropriés en taille, emplacement et interactions entre eux. La membrane interne mitochondriale était intacte avec des crêtes appropriées qui étaient en contact étroit avec le réticulum endoplasmique.

Analyses quantitatives SOD1

Les auteurs ont ensuite effectué des analyses quantitatives pour déterminer si ces améliorations étaient largement observées dans les motoneurones supérieurs malades traités avec NU-9. Le nombre total de mitochondries dans les motoneurones supérieurs de souris hSODG93A-UeGFP avait augmenté de manière significative après un traitement de 100 mg / kg / jour NU-9 par rapport aux motoneurones supérieurs traités avec le placebo. Le nombre total de mitochondries après traitement NU-9 était comparable à celui des souris saines. De plus, le traitement NU-9 a augmenté de manière significative le nombre de mitochondries et de réticulum endoplasmique sains dans les motoneurones supérieurs.

Et surtout, le nombre moyen d'motoneurones supérieurs présents dans le cortex moteur des souris hSOD1G93A-UeGFP traitées 60 jours avec 100 mg / kg / jour de NU-9 est devenu presque comparable à celui des nombres d'motoneurones supérieurs présents chez les souris saines

Et TDP-43 ?

Étant donné que le NU-9 semble améliorer l'intégrité des mitochondries et du réticulum endoplasmique des motoneurones supérieurs malades à cause de la toxicité de mSOD1, et qu'il s'agit de problèmes que l’on trouve aussi dans les pathologies de type TDP-43, les scientifiques ont supputé que NU-9 pourrait aussi être efficace dans la pathologie TDP-43. Cela semble quand même un grand pas conceptuel, en effet il s'agit de deux modèles de maladie distincts. Même si NU-9 a un effet sur la structure des mitochondries et du réticulum endoplasmique des motoneurones supérieurs, il ne devrait pas agir sur les agrégats de protéines mal formées et mal localisées ?

Pour tester leur nouvelle hypothèse, les scientifiques ont généré un nouveau type de souris, cette fois-ci modélisant la SLA de type TDP-43.

Quatre souris ont été traitées avec une dose de 100 mg / kg / jour de NU-9, et 3 souris de type prpTDP-43A315T-UeGFP ont été utilisées comme contrôle. La cohorte de souris WT-UeGFP a été utilisée comme témoin sain pour les deux groupes.

Analyses qualitatives TDP-43

Le traitement NU-9 a entraîné de profondes améliorations à la fois des mitochondries et des réticulums endoplasmique des motoneurones supérieurs. Les mitochondries, en particulier leurs membranes internes, sont devenues intactes et il n'y avait aucun signe de mitoautophagie ou de mitophagie. Le réticulum endoplasmique conservait sa structure avec des ribosomes attachés, et il n'y avait pas d'élargissement ou de désintégration des citernes.

Analyses quantitatives TDP-43

L'analyse quantitative a confirmé une augmentation significative du nombre de mitochondries totales par motoneurones supérieurs par section après 100 mg / kg / jour de traitement NU-9. Ce nombre de mitochondries après traitement NU-9 chez les souris prpTDP-43A315T-UeGFP est devenu comparable à celui des souris saines. Le pourcentage moyen de mitochondries saines a également augmenté de manière significative avec le traitement NU-9 par rapport aux motoneurones supérieurs malades. Le traitement NU-9 a également augmenté le nombre moyen de cisternes de réticulum endoplasmique intactes dans les motoneurones supérieurs.

Les scientifiques ont ensuite examiné si NU-9 le traitement favoriserait également l'intégrité cellulaire et la survie de l'motoneurones supérieurs avec la pathologie TDP-43 in vivo. La santé et l'intégrité des dendrites apicales chez les souris prpTDP-43A315T-UeGFP ont montré une amélioration profonde avec le traitement NU-9 car le pourcentage d'motoneurones supérieurs avec des dendrites apicales primaires vacuolées était significativement réduit. Plus intéressant encore, le nombre moyen d'motoneurones supérieurs dans le cortex moteur des souris prpTDP-43A315T-UeGFP traitées avec NU-9 a connu une augmentation profonde par rapport à celui des souris prpTDP-43A315T-UeGFP non traitées.

La même cohorte WT-UeGFP a été utilisée comme témoin sain pour les souris hSOD1G93A-UeGFP et prpTDP-43A315T-UeGFP, comme mentionné précédemment. Les nombres motoneurones supérieurs avec le traitement NU-9 étaient comparables et presque identiques à ceux des souris témoins saines traitées avec le placebo, révélant la capacité du NU-9 à éliminer la dégénérescence continue des motoneurones supérieurs.

Effet du NU-9 sur les neurones moteurs inférieurs

Dans le but de déterminer si le traitement NU-9 améliore également la santé et la survie des neurones moteurs inférieurs (motoneurones inférieurs), les auteurs ont étudié les cordons lombaires des souris hSOD1G93A-UeGFP et prpTDP-43A315T-UeGFP. Comme indiqué par les études précédentes, il n'y avait pas de perte importante de motoneurones inférieurs dans la moelle épinière des souris prpTDP-43A315T-UeGFP, même à P120, et donc une enquête sur le traitement NU-9 sur la survie des motoneurones inférieurs n'était pas possible. Cela semble indiquer que la pathologie TDP-43 n’affecterait que les motoneurones supérieurs, pourtant d’autres études montrent le contraire.

Cependant, dans le cas de SOD1, il y a eu une réduction spectaculaire du nombre de motoneurones inférieurs chez les souris hSOD1G93A-UeGFP par rapport aux souris saines.

Effets macroscopiques

Les auteurs ont évalué quantitativement les changements dans le nombre de motoneurones inférieurs dans la moelle épinière lombaire des souris qui ont été traitées soit avec le placebo, soit NU-9 (20 ou 100 mg / kg / jour), ou encore les souris saines témoins. Le traitement NU-9, quelle que soit la dose, n'était pas suffisant pour éliminer la dégénérescence motoneurones inférieurs en cours chez les souris hSOD1G93A-UeGFP.

Le traitement NU-9 améliore la fonction des neurones moteurs supérieurs Même si la plupart des tests comportementaux ne parviennent pas à évaluer correctement la santé et la connectivité motoneurones supérieurs, le test du fil suspendu serait plus spécifique à l'intégration motoneurones supérieurs.

Les souris hSOD1G93A-UeGFP non traitées n'ont pas pu rester sur le fil de suspension au fur et à mesure que la maladie progressait. Au contraire, les souris hSOD1G93A-UeGFP traitées avec une dose de 100 mg / kg / jour de NU-9 ont obtenu des résultats meilleurs que les souris hSOD1G93A-UeGFP traitées avec le placebo, et cette performance était comparable à celle de souris saines au même âge. Cependant le traitement au NU-9 n'a pas entraîné d'amélioration significative des performances au test du rotarod, quelle que soit la dose.

Les souris prpTDP-43A315T ont obtenu de moins bons résultats que les compagnons de portée WT aux tests des rotarod et des fils suspendus. Cependant, lorsqu'elles ont été traitées avec une dose de 100 mg / kg / jour de NU-9, elles ont obtenu de meilleurs résultats au test du fil suspendu, comparables à ceux des souris WT saines à P120. A la différence du modèle de souris hSOD1G93A, même le test Rotarod a révélé une amélioration significative du modèle TDP-43 seulement après 30 jours de traitement NU-9.

Conclusion

La capacité du NU-9 à améliorer l'intégrité à la fois des mitochondries et du réticulum endoplasmique est significative, car, même si les causes sous-jacentes de la maladie sont hétérogènes, de nombreuses indices convergent vers le bon fonctionnement des mitochondries et du réticulum endoplasmique. La perturbation des organites membranaires intracellulaires, telles que l'appareil de Golgi, a été suggérée comme une cause possible de l'ALS et est proposée comme étant en amont du dysfonctionnement du réticulum endoplasmique.

Cela pourrait expliquer pourquoi le traitement NU-9 améliore la cytoarchitecture motoneurones supérieurs et élimine leur dégénérescence progressive chez les souris hSOD1G93A et TDP-43A315T.

Cependant cela n’explique pas pourquoi les neurones moteurs inférieurs ne seraient pas affectés par cette molécule. L’explication donnée, qu’il s’agit de lignées différentes, semble très courte et n’a pas fait l’objet de plus d’investigation. A aucun moment on ne parle d’axones dans cet article, ce qui semble bizarre dans un article qui annonce chercher un remède à la SLA. Il me semble que cela remet en cause l’affirmation que le traitement NU-9 améliore la cytoarchitecture motoneurones supérieurs.

Par ailleurs le nombre de souris testées est très, très faible et probablement sans signification sur le plan statistique. Il en est de même pour les quelques coupes histologiques de patients décédés, et de la sélection de neurones moteurs. On peut aussi remarquer qu'il est démontré depuis plus de 15 ans que d'autres types de cellules sont impliqués dans la SLA, à commencer par les astrocytes, que les motoneurones. Cela n'a absolument pas été étudié dans cet article. Pourtant qu'une molécule soit efficace sur les motoneurones supérieurs et pas sur les motoneurones inférieurs fait immédiatement penser que ce n'est pas sur les neurones qu'elle agit mais sur les astrocytes.

Tout cela relativise considérablement les affirmations très fortes du service de presse de l’université qui rapportait que « After 60 days of treatment, diseased brain cells look like healthy cells » et les négations de la valeur du travail des autres scientifiques qui parsème l’article.

Pour toute correspondance ecrivez moi à contact [at] padiracinnovation.org

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Il existe malheureusement de nombreuses hypothèses contradictoires de recherche, qui souhaitent expliquer comment SLA apparaît et progresse. L'une des plus sérieuses assure qu'il s'agit d'une protéopathie. Les causes de ces protéopathies restent inconnues mais de nombreuses éléments indiquent un déficit énergétique cellulaire. Les protéopathies ont été impliqués dans plusieurs maladies neurodégénérescentes.

Un article par Olubankole Aladesuyi Arogundade et al. montre quelque chose de nouveau et d’intéressant. Dans un article récent des scientifiques expliquent qu’ils ont trouvé des événements qui précèdent la protéopathie dans la SLA. Ils ont étudié des cellules provenant de moelle épinière de 11 patients sporadiques, de 11 patients porteurs de mutations(DPR) sur le chromosome 9 (C9-ALS) et 11 patients sains.

Dans l'ensemble, les neurones moteurs dans la C9-ALS présentaient des nucléoles plus petits par rapport aux contrôles. Étonnamment, ce rétrécissement se produit dans des neurones apparemment en bonne santé tels que définis par l'absence de TDP-43 pathologique, mislocalisation ou des foyers d'ARN antisens. enter image description here

Ainsi, le stress nucléolaire qui se manifeste par le retrait nucléolaire semble être un changement en amont, avant de nombreux des principaux changements moléculaires et structurels. Mizielinska et al. avaient déjà montré que les neurones corticaux frontaux de C9-FTLD avaient une taille plus faible dans les neurones sans marqueurs pathologiques. Des résultats similaires ont été obtenus pour Alzheimer.

Ainsi, au moins deux études ont maintenant montré des résultats cohérents de rétrécissement nucléolaire en l'absence de marqueurs pathologiques tels que TDP-43 ou des répétitions de dipeptides pour le chromosome 9.

Le rétrécissement nucléolaire est parfois associé au cancer de la prostate ou à un déficit énergétique cellulaire. Même si ce n’est pas mentionné dans l’article, on pense à la piste du déficit énergétique cellulaire.

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Hypothermie thérapeutique et SLA

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L’hypothermie thérapeutique est maintenant la norme de soins pour différentes conditions impliquant la mort cellulaire.

Les mécanismes d'action de l'hypothermie thérapeutique sont variés et mal compris. Ils comprennent des mécanismes dont on pense qu'ils sont aussi impliqués dans la SLA.

Pour autant la possibilité que l'hypothermie thérapeutique a une application à la SLA n'avait pas été examinée.

Lee J Martin, Mark V Niedzwiecki et Margaret Wong, les auteurs de l’article examiné aujourd’hui, ont donc testé dans un modèle murin transgénique de la SLA, l'hypothèse selon laquelle l'hypothermie légère chronique intermittente a une efficacité thérapeutique.

Les souris ont été observées deux fois puis 4 à 5 fois par jour au stade terminal de la maladie.

Les modèles de souris SOD1 sont chroniquement fébriles. À 6 semaines d'âge, la température interne des modèle de souris SOD1 était significativement plus élevé (38 °C) par rapport aux souris témoins non transgéniques (37 °C). enter image description here

À 8 semaines d'âge, les souris SOD1 ont été randomisés dans plusieurs groupes. Le modèle de souris SOD1 avait une température corporelle inférieure de 1 à 2 ° C par rapport au modèle de souris SOD1 ne subissant pas de refroidissement. enter image description here

Les températures corporelles de prérefroidissement parmi les groupes de modèles de souris SOD1 ne différaient pas de manière significative. Le réchauffement de la souris était lent et spontané à température ambiante. A température ambiante, l'activité motrice a été testée sur une roue de course à activité volontaire.

L'apparition de la maladie a été évaluée quantitativement par un déficit d'activité et de manière descriptive par la parésie des membres postérieurs. Pour évaluer l'efficacité de l'hypothermie, un groupe de souris a été euthanasié avant le stade final à l'âge de 12 semaines.

À 10 semaines d'âge, l'hypothermie a amélioré les résultats neurologiques et la survie du modèle de souris SOD1. Les modèles de souris SOD1 mâles et femelles logés à température ambiante présentaient une réduction significative de l'activité motrice par rapport aux compagnons de portée non transgéniques appariés au sexe. Les souris SOD1 mâles acclimatées au froid et les souris SOD1 femelles ont montré une activité motrice significativement améliorée par rapport au modèle de souris SOD1 maintenu à une température normale.

Cependant, tous les groupes de souris SOD1 présentaient des déficits moteurs significatifs par rapport aux souris non transgéniques du même âge. La durée de vie moyenne du modèle de souris SOD1 mâles acclimatées au froid a été augmentée de manière significative par rapport au modèle de souris exposé à une cempérature normale. L'acclimatation au froid du modèle de souris SOD1 femelles a obtenu un résultat légèrement meilleur sur l'augmentation significative de la durée de vie par rapport au modèle de souris SOD1 femelle à température normale. 3.4.

Les auteurs ont évalué les souris SOD1 en hypothermie et à température normale à 12 semaines d'âge pour la neuropathologie de la moelle épinière. Les souris non transgéniques avaient des neurones moteurs spinaux évidents avec de grands corps cellulaires multipolaires. Dans les souris SOD1 non refroidi, les motoneurones ont été épuisés de manière significative à 75% et il y avait une infiltration fulminante secondaire de petites cellules dans le parenchyme. Dans les souris SOD1 acclimatées au froid, les motoneurones étaient plus apparents que les souris non refroidies.

L'hypothermie a sauvé nombre de motoneurones dans la moelle épinière lombaire du modèle de souris SOD1 (perte de 40%) par rapport à la perte de 80% dans les souris SOD1 non refroidi. L'inflammation secondaire à petites cellules du parenchyme de la moelle épinière est apparue atténuée chez les souris acclimatées au froid.

Dans les souris SOD1 non refroidi, les mitochondries étaient sévèrement enflées, dysmorphiques et perturbées dans les motoneurones et dans le neuropile. Dans les souris SOD1 en hypothermie, les mitochondries dans les corps cellulaires des neurones moteurs ont été protégées du gonflement. Cette protection des motoneurones chez les souris SOD1 a été mise en parallèle par une atténuation des changements inflammatoires de la moelle épinière.

Chez les souris non transgéniques, l'innervation de la plaque motrice du diaphragme était proche de 100%, tandis que chez les souris SOD1 non refroidies, l'innervation de la plaque d'extrémité était réduite de manière significative à seulement environ 40% à l'âge de 12 semaines.

En revanche, dans les souris SOD1 acclimatées au froid, l'innervation de la jonction neuromusculaire a été restaurée à environ 65% de la normale, mais était encore significativement réduite par rapport à l'innervation du diaphragme de souris non transgénique.

Les souris SOD1 refroidies présentaient une régulation à la hausse significative des protéines HSP70, UCP3 et SUMO1 par rapport aux souris transgéniques non refroidies.

L'acclimatation au froid était plus efficace chez les femelles que chez les mâles pour prolonger la durée de vie. L'innervation du diaphragme des plateaux moteurs a été améliorée par l'hypothermie.

De nombreuses cytokines circulantes induisent une fièvre. Ce profil de cytokines inflammatoires est cohérent avec leur découverte selon laquelle les souris SLA sont fébriles au cours de l'évolution de la maladie. Les principales cytokines pyrogènes proinflammatoires circulantes chez les souris SLA sont le TNFα et l'IL6. Le TNFα et l'IL6 peuvent entraîner une atrophie musculaire dans divers contextes cliniques. La fonte musculaire squelettique est une caractéristique importante de la SLA humaine et de certains modèles murins de la SLA.

Les auteurs ont confirmé, ce qui avait été rapporté à plusieurs reprises, qu’au cours de l'évolution de la maladie dans les muscles de souris SOD1, la production de monoxyde d'azote est augmentée et la nitration des protéines est élevée, y compris les protéines clés au niveau de la jonction neuromusculaire.

Le monoxyde d'azote est un régulateur essentiel de l'apoptose cellulaire. Il peut avoir un effet antiapoptotique, ou, inversement, un effet apoptotique. Cette bascule est intimement liée à la présence ou non de réducteurs cellulaires tels de glutathion.

Lors de la SLA, la fonction thermorégulatrice pourrait être aberrante. L'hypothermie pourrait agir au niveau du SNC, du système nerveux périphérique, du muscle squelettique et des niveaux de graisse corporelle.

L'application clinique-translationnelle et les tests d'efficacité de ce concept dans la SLA humaine seraient non invasifs et applicables, peut-être dans des spas de réadaptation en milieu privé et hospitalier. L'immersion en eau froide ou la cryothérapie est courante chez les sportifs. Les protocoles d'acclimatation au froid devraient être déterminés et affinés empiriquement, et des biomarqueurs d'efficacité thérapeutique doivent être identifiés pour la SLA humaine. Les biomarqueurs pourraient être basés sur la biopsie de muscles squelettiques et le dosage de HSP70, de la sumoylation des protéines et des seuils d'activation du mPTP.

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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.

Une nouvelle étude publiée le 21 janvier dans Nature par Katrin Andreasson et Paras Minhas, suggère que le vieillissement cognitif n'est pas irrévocable, mais peut être inversé en reprogrammant le métabolisme du glucose chez les cellules myéloïde.

Les biologistes ont depuis longtemps émis l'hypothèse que la réduction de l'inflammation pourrait ralentir le processus de vieillissement et retarder l'apparition de maladies associées à l'âge, telles que les maladies cardiaques, la maladie d'Alzheimer, le cancer et la fragilité qui concerne chacun de nous lors de notre vieillissement. Pourtant, la question de savoir exactement ce qui provoque ces réactions inflammatoires du système immunitaire n'avait pas trouvé de réponse définitive.

Maladies concernées Une observation de longue date dans les études épidémiologiques des populations vieillissantes a été que les AINS, qui inhibent la production de cyclooxygénase-1 (COX-1) et de COX-2 et de la prostaglandine (PG), empêchent le développement de la maladie d'Alzheimer.

Les souris modèles de la SLA et les patients atteints de SLA sporadique ont des taux accrus de prostaglandine E2 (PGE2). En outre, les niveaux de protéines de microsomale PGE synthase-1 et cyclooxygénase-2, qui catalysent la biosynthèse de PGE2, sont considérablement augmentés dans la moelle épinière des souris modèles ALS.

Des études précliniques suggèrent que la prostaglandine E2 (PGE2) est un médiateur inflammatoire essentiel des lésions cérébrales via l'activation de quatre récepteurs couplés aux protéines G, à savoir EP1-EP4.

L'inhibition transitoire du récepteur EP2 par des antagonistes perméables à la barrière hémato-encéphalique montre des effets anti-inflammatoires et neuroprotecteurs marqués dans plusieurs modèles de rongeurs de l’épilepsie, sans toutefois avoir d'effet notable sur les crises en soi.

Dans le cerveau, la microglie perd la capacité d'éliminer les protéines mal repliées associées à la neurodégénérescence.

Prostaglandine et cellules myéloïdes Les prostaglandines sont l'un des principaux médiateurs de l'inflammation qui jouent un rôle important dans l'amélioration des processus neuroinflammatoires et neurodégénératifs. Les cellules myéloïdes sont la principale source de PGE2, une hormone appartenant à la famille des prostaglandines. Les prostaglandines sont un groupe de composés lipidiques physiologiquement actifs dérivés de l'acide arachidonique.

L'acide arachidonique est l'un des acides gras les plus abondants du cerveau (10% de sa teneur en acides gras). Entre autres, il aide à protéger le cerveau du stress oxydatif en activant le récepteur gamma activé par les proliférateurs de peroxysomes.

Un type de récepteur pour PGE2 est EP2. Ce récepteur se trouve sur les cellules immunitaires et est particulièrement abondant sur les cellules myéloïdes. Il initie une activité inflammatoire à l'intérieur des cellules après réception de PGE2.

Myéloïdes et macrophages Les cellules myéloïdes sont distinguées des lymphocytes. Les monocytes, un type de cellule myéloïde, et leurs macrophages et descendants de cellules dendritiques remplissent trois fonctions principales dans le système immunitaire. Ce sont la phagocytose, la présentation de l'antigène et la production de cytokines.

Les macrophages engloutissent et digèrent les débris cellulaires, les substances étrangères, les microbes, les cellules cancéreuses et tout ce qui n'a pas le type de protéines spécifiques aux cellules saines du corps à sa surface. Le premier auteur de l’étude, Paras Minhas, a initialement isolé des monocytes à partir de sang donné par des personnes en bonne santé âgées de moins de 35 ans ou de plus de 65 ans. Les scientifiques ont également examiné les macrophages des souris jeunes par rapport à des souris âgées.

Au cours du vieillissement, des changements fonctionnels sont dus à des macrophages. Les microglies résidant dans le cerveau des souris âgées voient augmenter leur volume du soma mais réduire la longueur de leurs processes, limitant leur capacité à interagir et à soutenir la survie des neurones.

Les macrophages peuvent subir un «entraînement» après une réexposition à un stimulus. Des études récentes ont décrit que l'immunité entraînée chez les jeunes souris conduit à une augmentation des cellules de la lignée myéloïde et peut se produire dans les précurseurs myéloïdes dans la moelle osseuse. Au cours du vieillissement, un changement similaire vers une lignée de cellules myéloïdes se produit, et il est possible que le microenvironnement vieillissant produise lui aussi un effet d’entraînement.

Effets d'une augmentation significative des niveaux de PGE2 Les auteurs ont observé que les macrophages plus âgés issus de souris et d'humains produisaient non seulement beaucoup plus de PGE2 que les chez les sujets plus jeunes, mais avaient également un nombre beaucoup plus élevé d'EP2 à leur surface. Andreasson et ses collègues ont également confirmé des augmentations significatives des niveaux de PGE2 en le sang et le cerveau de vieilles souris. Les chercheurs ont constaté que dans les macrophages vieillissants et la microglie, la signalisation PGE2 via son récepteur EP2 favorise la séquestration du glucose en glycogène, réduisant le flux de glucose et la respiration mitochondriale.

La liaison PGE2-EP2 considérablement accrue dans les cellules myéloïdes des personnes âgées modifie la production d'énergie dans ces cellules myéloïdes en induisant celles-ci à stocker le glucose, plutôt qu’alimenter la production d'énergie dans la cellule. Les cellules accumulent le glucose en convertissant cette source d'énergie en longues chaînes de glucose appelées glycogène (l'équivalent animal de l'amidon).

Cette accumulation créée un état d’épuisement chroniquement (un stress) des cellules, qui les conduisent à exprimer des signaux inflammatoires. Non seulement les cellules macrophages vieillissantes ont eu du mal à brûler le glucose, mais elles n'utilisent pas non plus d'autres sources d’énergie pour la respiration. Les cellules de jeunes macrophages étaient mieux à même d'utiliser le lactate et le pyruvate.

Un rajeunissement apparent? Les auteurs ont supprimé EP2 dans des souris transgéniques, ce qui a réduit de moitié les quantités de récepteurs. Les macrophages de souris déficientes en EP2 âgées de 20 mois ont maintenu une respiration cellulaire et une glycolyse normales. Chez les animaux témoins du même âge, la fonction des macrophages s'est dégradée avec l'âge. Les cellules des animaux témoins sécrétaient des facteurs pro-inflammatoires, étaient mal phagocytées et avaient des mitochondries moins nombreuses et mal formées. Les macrophages déficients en EP2, par contre, n'avaient aucun de ces problèmes, se comportant comme ceux des jeunes souris.

Les scientifiques ont donné pendant un mois à des souris, l'un ou l'autre de deux médicaments expérimentaux connus pour interférer avec la liaison de PGE2-EP2 chez les animaux. Ils ont également incubé des macrophages de souris et humains en culture avec ces substances. Ce faisant, les anciennes cellules myéloïdes ont métabolisé le glucose tout comme les jeunes cellules myéloïdes, inversant le caractère inflammatoire des anciennes cellules.

Plus frappant, les médicaments ont inversé le déclin cognitif lié à l’âge des souris. En effet les souris âgées qui les ont reçues effectuaient des tests de rappel et de navigation spatiale aussi bien que les jeunes souris adultes. Le blocage de la signalisation EP2 myéloïde périphérique est donc suffisant pour restaurer la cognition chez les souris âgées.

L’inhibiteur de l'EP2 C52, qui pénètre la barrière hémato-encéphalique a amélioré la synthèse du glycogène, amélioré la réponse glycolytique et le cycle TCA des cellules myéloïdes (microglies et macrophages périphériques) et amélioré les performances cognitives.

Curieusement, les souris ont récolté ces avantages cognitifs même lorsqu'elles furent traitées avec un inhibiteur d’EP2 (PF-04418948) qui ne traverse pas la barrière hémato-encéphalique.

Vers des médicaments? Étant donné que l'activation du récepteur EP2 a été identifiée comme un coupable commun dans plusieurs conditions neurologiques associées à l'inflammation, telles que les accidents vasculaires cérébraux et les maladies neurodégénératives, des antagonistes sélectifs de petites molécules ciblant EP2 sont en cours de développement afin de supprimer la neuroinflammation médiée par la PGE2.

Plusieurs entreprises fabriquent des antagonistes sélectifs d'EP2, mais aucun n'est approuvée pour l'usage humain. Le PF-04418948 de Pfizer a été testé pour la sécurité dans une étude de phase 1 en 2010, mais la société a interrompu le développement clinique.

Cependant, cibler EP2 pourrait être compliqué. Le récepteur est connu pour réguler le flux sanguin et la pression artérielle, et il a été démontré qu'il protège le cerveau pendant les accidents vasculaires cérébraux.

Une étude a été récemment rapportée dans la presse comme prometteuse pour guérir de la SLA. Bien que le contenu rapporté par la presse soit exact, l'interprétation par des membres de la communauté SLA est erronée: Il n'y a pas (encore) de piste pour guérir de la SLA, mais par contre l'étude renforce et précise le lien que l'on soupçonne depuis longtemps entre la SLA et le métabolisme.

Environ 10 à 20% des cas de sclérose latérale amyotrophique sont familiaux, la mutation C9orf72 étant la cause la plus fréquente des SLA familiales. Les mécanismes pathologiques de la mutation C9orf72 de la SLA restent flous. En effet la perte de fonction induite par une mutation de C9orf72 seule, ne contribue pas aux déficits du transport axonal rapide lysosomal dans les motoneurones C9orf72 dérivés de cellules souches.

Des besoins en énergies énormes

Les processus impliqués dans le fonctionnement des motoneurones sont tous très consommateurs d'énergie, ce qui soulève la question de savoir si les altérations du métabolisme énergétique contribuent à un transport axonal défectueux. Mis à part des altérations de la machinerie des microtubules observées dans une mutation rare causant la SLA: FUS, jusqu’à la présente étude, il n'avait cependant pas été démontré que le métabolisme des motoneurones issus de patients atteints de la SLA différaient des motoneurones sains.

OXPHOS est la voie métabolique des mitochondries

En ce qui concerne leur approvisionnement en énergie, les neurones, contrairement aux astrocytes , dépendent principalement de la phosphorylation oxydative mitochondriale. La phosphorylation oxydative (ou OXPHOS) est la voie métabolique dans laquelle les cellules utilisent des enzymes pour catalyser l’oxydation les substances nutritives, libérant ainsi l’énergie nécessaire pour former l’ATP. Dans presque tous les eucaryotes aérobies, la phosphorylation oxydative se déroule à l’intérieur des mitochondries. Au cours de la phosphorylation oxydative, les électrons sont transférés de donneurs d’électrons aux accepteurs d’électrons tels que l’ oxygène, via des réactions d’oxydoréduction. Ces réactions d’ oxydoréduction libèrent de l’énergie qui est utilisée pour former l’ATP. Cette voie très efficace pour générer de l’énergie, par rapport à d’autres processus utilisant la fermentation tels que la glycolyse anaérobie.

L'importance de l'énergie issue des mitochondries dans le transport axonal

L'extraordinaire longueur des axones motoneurone - 20 000 fois plus longue que le diamètre de leur soma - suggère une vulnérabilité métabolique particulière des motoneurones aux déficits des processus clés impliqués dans le maintien de la forme et de la fonction de l'axone.

Le transport de la cargaison mitochondriale, contrairement au transport vésiculaire, dépend de la disponibilité de l'ATP mitochondrial. Un transport défectueux de la cargaison vers l'axone distal a été signalé dans plusieurs types de SLA, et pas seulement dans les gènes impliqués dans le transport de protéines dans l'axone. Il est bien établi à partir de modèles animaux de SLA que le ciblage de l'axone entraîne un retard dans la progression de la maladie et une amélioration de la survie et que la prévention de la seule perte de motoneurone, mais pas de la dégénérescence axonale, est insuffisante pour favoriser la survie des patients.

Mise en évidence d'un transport axonal modifié

Pour mieux comprendre cette question, les scientifiques ont étudié des lignées de cellules souches pluripotentes induites dérivées d'autopsie de patients contenant la mutation la plus courante causant la SLA, C9orf72. Ces cellules souches ont été maturées en motoneurones. Ils démontrent alors que les motoneurones atteints de la mutation C9orf72 ont (in vitro) des axones plus court, un transport axonal de la cargaison mitochondriale qui est altéré et un métabolisme mitochondrial modifié.

Les scientifiques montrent alors, que cette dérégulation est sélective pour les neurones spinaux (moteurs) de la corne antérieure, et est absente dans les neurones spinaux (sensoriels) de la corne dorsale(dérégulation dans les motoneurones spinaux de la corne ventrale, mais pas dans les neurones sensoriels de la corne dorsale correspondante).

Une thérapie génique manipulant PGC1α rétablit un bon phénotype des motoneurones mutés et de leurs axones

Les scientifiques ont alors réalisé par thérapie génique une altération du génome des mitochondries dans les motoneurones porteurs de la mutation C9orf72 qui sont issus des cellules souches. Cette altération du génome a corrigé le déficit métabolique et a également sauvé la longueur axonale et les phénotypes de transport.

Les scientifiques ont pu stimuler la fonction mitochondriale (et la biogenèse) grâce à la manipulation de son régulateur principal, PGC1α, conduisant au sauvetage des phénotypes axonaux, fournissant un nouveau lien mécanique entre la bioénergétique mitochondriale. et un dysfonctionnement axonal.

Un lien avec TDP-43?

Ces données suggèrent que le ciblage de la voie PGC1α peut être très pertinent pour la neurodégénérescence, car il est possible qu'il y ait d'autres mécanismes conduisant aux dysfonctionnements axonaux observés dans les motoneurones atteints de la mutation C9orf72. Par exemple, des découvertes récentes montrent que les protéines répétées du dipeptide C9orf72 peuvent conduire à une agrégation cytoplasmique de TDP-43. Ainsi, la pathologie du TDP-43, observée dans la grande majorité des cas de SLA, dont C9orf72, module l'homéostasie mitochondriale en régulant le traitement des transcriptions mitochondriales.

A l'inverse, TDP-43 exerce une toxicité en pénétrant dans les mitochondries et en altérant spécifiquement le complexe OXPHOS I et en inhibant sa traduction ce qui provoque un dysfonctionnement mitochondrial.

Enfin, des travaux récents d'Onesto et al. ont montré qu'il existe une biogenèse mitochondriale compensatoire, comme en témoigne la régulation à la hausse de PGC1α, dans les fibroblastes dermiques dérivés de patients atteints de la mutation C9orf72 de la SLA.

Cela suggère que, malgré les effets délétères de la mutation, la plupart des types de cellules peuvent compenser le dysfonctionnement mitochondrial en stimulant la biogenèse. La vulnérabilité spécifique aux motoneurones pourrait résulter en partie d'une incapacité de ceux-ci à moduler ce mécanisme homéostatique quand ils font face à une dépense énergétique trop important.

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Mishra et ses collègues du CERVO Brain Research Centre à Québec, parmi lesquels se trouve Jean-Pierre Julien dont les contributions sur la SLA sont passionnantes, ont publié un intéressant article sur la propagation de la sclérose latérale amyotrophique (SLA).

La sclérose latérale amyotrophique est une maladie neurodégénérative qui débute souvent par une insuffisance musculaire localisée et qui progresse rapidement en une paralysie totale. Bien qu'une fraction des cas soient d’origine génétique, la plupart des cas sont caractérisés par l'accumulation pathologique de granules de la protéine TDP-43, sans que l'on puisse dire si cela cause la SLA ou au contraire s'il s'agit d'une conséquence de la maladie.

Non seulement l'origine de la maladie est inconnue, mais son mode de propagation à travers le corps l'est également. Par exemple il a été évoqué une propagation de type maladie à prion, mais bien d’autres mécanismes ont aussi été proposés.

Il a été déjà proposé que des facteurs de la propagation de la SLA résident dans le liquide céphalo-rachidien. En effet, les échantillons de liquide cérébro-spinal provenant de patients atteints de SLA présentent un protéome altéré par rapport au liquide cérébro-spinal provenant de témoins sains. De même la perfusion de liquide cérébrospinal provenant de malades de la SLA, dans des rats provoque chez ceux-ci des altérations neuronales, une neuroinflammation, ainsi que des anomalies musculaires. Mais cela n'informe pas vraiment sur la contribution du liquide céphalo-raphidien sur la progression de la maladie.

Pour tester l'hypothèse selon laquelle le liquide céphalo-rachidien pourrait aider à la propagation de la sclérose latérale amyotrophique (SLA), les scientifiques ont examiné les effets de la perfusion intraventriculaire de liquide cérébro-spinale pendant 2 semaines. Les échantillons de liquide cérébro-spinal étaient issus de patients atteints de SLA sporadique.

Pour controller si cette perfusion provoquait des résultats pathologiques, une perfusion avec du liquide céphalo-rachidien provenant de patients qui n'étaient pas atteints de la SLA, a été effectuée sur des souris transgéniques exprimant le TDP43WT humain. Celles-ci ne développent habituellement pas de phénotypes pathologiques de la SLA.

La perfusion de liquide céphalo-rachidien de patients atteints de la SLA (SLA-CSF), a déclenché un dysfonctionnement moteur et cognitif, ainsi que des changements pathologiques de type SLA, notamment une protéinopathie TDP43, la désorganisation des neurofilaments et de la neuroinflammation. Au contraire il n'y a eu aucune réaction anormales chez les souris perfusées avec du liquide cérébrospinal de contrôle.

De plus, les profils de traduction spécifiques aux neurones ont révélé une dérégulation de plusieurs réseaux de protéines en réponse à la SLA-CSF altérant l'organisation du cytosquelette, le trafic de vésicules, la fonction mitochondriale et le métabolisme cellulaire. Chez des souris normales, une perfusion similaire d'ALS-CSF a induit une dysfonction motrice légère mais sans pathologie TDP43 significative dans les neurones spinaux.

Les auteurs concluent que le liquide cérébrospinal de la SLA sporadique contient des facteurs qui peuvent transmettre et disséminer la maladie, y compris la protéinopathie TDP43 dans le modèle animal récepteur approprié exprimant le TDP43 humain. Cela n’éclaire pas vraiment s’il s’agit d’une maladie à prion, voir s’il s’agit d’agents pathogènes de type virus, mais ces recherches montrent que l’étiologie n’est pas due à des mécanismes intrinsèques aux neurones.

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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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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.

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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