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).

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.

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.

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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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.

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

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

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

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

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

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

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

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