Projet ANR-11-BSV4-0024 – BrainEver : Transduction des homéoprotéines, périodes critiques et plasticité corticale
Programme : Blanc - SVSE 4 - Neurosciences (Blanc SVSE 4)
Année de financement : 2011
Coordinateur du projet : Monsieur Alain PROCHIANTZ (CENTRE NATIONAL DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE - DELEGATION REGIONALE ILE-DE-FRANCE SECTEUR PARIS A)
Partenaires : Centre national de la recherche scientifique
Montant : 374320.0 euros
Date de début : 2012
Durée : 36 mois
Résumé : Régulation de la plasticité cérébraleLa compréhension d'un nouveau mécanisme de régulation de la plasticité cérébrale peut permettre de comprendre l'origine de certaines pathologies liées au développement et de rouvrir la plasticité chez l'adulte.
Comprendre la régulation de la plasticité du cortex cérébralLe cortex cérébral s'adapte à son environnement au cours de périodes du développement appelées périodes critiques. Les périodes critiques varient par leur date de début et leur durée selon les régions du cortex (vision, audition, langage, interaction sociale...). Une fois ces périodes critiques passées, la plasticité est toujours présente mais sous une forme très réduite, ce qui diminue les capacités d'apprentissage et de régénération. Par ailleurs certaines pathologies, dont des pathologies psychiatriques, sont attribuées à des accidents dans le bon déroulement d'une ou plusieurs périodes critiques. Nos observations suggèrent que le cortex cérébral est fondamentalement plastique mais que cette plasticité et verrouillée après sa période critique par la capture d'une protéine appelée Otx2 par une classe particulière de neurones corticaux, les neurones PV. Sur cette base, nous avons entrepris de vérifier, dans le système visuel, si bloquer cette capture chez l'adulte rouvre la plasticité et permet de guérir l'amblyopie chez la souris, maladie de la période critique du développement de la vision binoculaire. Nous avons effectivement pu guérir l'amblyopie chez la souris et les enjeux suivants sont de comprendre les mécanismes impliqués et d'étudier si ce qui est vrai pour la vision a une valeur plus générale et peut s'appliquer à d'autres fonctions cérébrales, y compris des fonctions cognitives.
Méthodes pour rouvrir la plasticité et en comprendre certains mécanismesNous avons par des voies génétiques annulé l'expression de la protéine Otx2 au niveau de sa source principale ou bloqué pharmacologiquement sa reconnaissance par les neurones cibles. Nous avons commencé à identifier les récepteurs et les voies de transduction du signal au niveau de ces cellules cibles. Comme la protéine Otx2 a des fonctions de régulation de la transcription des gènes et de la traduction des protéines, nous sommes en train d'identifier les gènes régulés au niveau de la transcription et de la traduction.
Résumé de la soumission : Le but principal de cette proposition est l’étude du rôle d’Otx2 , un facturer de transcription de la classe des homéoprotéines (HP) dans la régulation de la période critique pour le vision binoculaire chez la souris. Nous avons récemment publié, en collaboration avec l’équipe de Takao Hensch que l’internalisation d’Otx2 par les neurones à parvalbumine (cellules PV) du cortex visuel binoculaire est nécessaire et suffisante pour ouvrir la période critique (CP) pour la vision binoculaire et la refermer 20 jours plus tard (Sugiyama et al., Cell 134:508-520, 2008). Les attendus de cette observation seront développés plus bas mais il est clair que de nombreux points sont soulevés par ce premier article, qu’il est nécessaire d’étudier. Une première question concerne l’origine d’Otx2. En effet, Otx2 est importé par les cellules PV et non synthétisé par ces cellules. Plusieurs origines  sont possibles et seront étudiées. Parmi elles le trajet optique (œil, thalamus, cortex), la glande pinéale et le plexus choroïde. Un deuxième point d’intérêt est la spécificité observée de l’internalisation d’Otx2 par les cellules PV. Cette spécificité suggère l’existence de sites de fixation à la surface des cellules PV et des expériences préliminaires indiquent que des sucres complexes (GAGs) participent au processus de reconnaissance. Une partie du projet sera consacrée à l’identification des GAGs impliqués dans la reconnaissance d’Otx2. Une fois internalisé, Otx2 régule la maturation des cellules PV et leur physiologie à travers la régulation de l’expression génétique. Cette régulation peut s’effectuer au niveau transcriptionnel mais aussi, probablement, traductionnel. Nous identifierons ces cibles et analyserons la fonction de certaines d’entre elles dans la régulation de la CP. Par ailleurs, il est connu que la structure de la chromatine se modifie au cours de la CP et nous rechercherons si Otx2 joue aussi un rôle à ce niveau. Du plus grand intérêt est l’observation faite par plusieurs groupes que chez l’adulte, bien après la fermeture de la CP, la plasticité peut-être rouverte. Comme Otx2 continue d’être internalisé par les cellules PV chez l’adulte, il est possible qu’interférer avec cette internalisation ou moduler les niveaux d’expression d’Otx2 in vivo permette de rouvrir la plasticité corticale chez l’adulte. De ce fait, une part de ce projet sera consacrée à développer des modèles expérimentaux qui nous permettront de tester s’il est possible, en modulant l’expression ou l’activité d’Otx2 chez l’adulte, de mettre au point des stratégies de régulation de la plasticité corticale adulte. Ces études impliqueront des approches cellulaires, biochimiques et génétiques qui devraient mener à une meilleure compréhension de la plasticité du cortex visuel. Néanmoins, parce qu’Otx2 est présent dans la plupart des cellules PV du cortex, il n’est pas impossible que cette preuve du concept permise par le système visuel ait des conséquences plus larges et permette de comprendre certains aspects de la plasticité cérébrale au cours du développement, comme chez l’adulte.
Résultats : Nous avons identifié le plexus choroïde comme source d'Otx2 et démontré que l'invalidation du gène dans cette structure diminue la quantité d'Otx2 dans les neurones PV et rouvre la plasticité chez l'adulte.
Nous avons identifié les bases moléculaires de la reconnaissance des neurones PV par Otx2. Otx2 reconnait des sucres complexes exprimés par les neurones PV.
Nous avons identifié le domaine d'Otx2 impliqué dans cette reconnaissance et démontré qu'il compète avec Otx2 pour l'internalisation par les neurones PV, ce qui rouvre la plasticité chez
l'adulte.
Nous avons synthétisé chimiquement un sucre récepteur et montré qu'il se fixe spécifiquement à Otx2 et bloque l'internalisation d'Otx2 par les neurones PV in vivo.
Perspectives : Ces résultats ouvrent la voix à la mise au point de stratégies pharmacologiques pour rouvrir la plasticité du cortex cérébral chez l'adulte.
Publications et brevets : 3 articles liés à cet financement ont d'ores et déjà été publiés. Le plus important (Spatazza et al. Choroid-Plexus Derived Otx2 Homeoprotein Constrains Adult Cortical Plasticity. Cell
Reports. 2013. 3, 1815-1823.) démontre que la protéine Otx2 vient du plexus choroïde et que bloquer sa synthèse à ce niveau rouvre la plasticité dans le cortex visuel et permet de guérir l'amblyopie chez la souris. Mais ce qui est plus important encore est que la protéine irrigue
l'ensemble du cortex et pourrait jouer un rôle de régulateur de la plasticité pour de nombreuses fonctions cérébrales.