Projet ANR-11-BSV4-0012 – PROMOMY : comprendre et promouvoir la remyelinysation chez la souris.
Programme : Blanc - SVSE 4 - Neurosciences (Blanc SVSE 4)
Année de financement : 2011
Coordinateur du projet : Madame Pascale DURBEC (CENTRE NATIONAL DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE - DELEGATION REGIONALE PROVENCE ET CORSE)
Partenaires : Institut de Biologie du Développement de Marseille; Institut de Biologie du Développement de Marseille; Centre de Résonance Magnétique Biologique et Médicale
Montant : 412832.0 euros
Date de début : 2012
Durée : 36 mois
Résumé : Etude de la régénération de la gaine de myéline dans le cerveau de souris adulteLe manque d’outils permettant la caractérisation, du vivant de l’animal, de l’extension des lésions et de la remyélinisation limite la progression de la recherche tant fondamentale qu’appliquée dans le domaine des pathologies de la myéline.
Etudier la remyélinisation chez la souris pour mieux comprendre et favoriser le processus d’autoréparation de la myélineLa sclérose en plaques (SEP) est une maladie dégénérative du système nerveux central caractérisée par de l'inflammation et de la mort des oligodendrocytes, cellules qui produisent la gaine de myéline indispensable à la conduction efficace de l’influx nerveux. Les seules options thérapeutiques sont les traitements modulant l’inflammation qui diminuent la fréquence et l’intensité des crises mais sont inefficaces contre la dégénérescence des cellules neurales et l’invalidité progressive des malades. De nouvelles stratégies thérapeutiques ciblant spécifiquement la régénération de la gaine de myéline (ou remyélinisation) sont indispensables. La remyélinisation spontanée existe chez certains patients atteints de SEP. La compréhension des mécanismes régulant ce processus d’auto-réparation dans les modèles murins de SEP est un préalable à la conception de nouvelles thérapies. Nous avons montré que la prolifération, la migration et la différenciation des cellules souches ou progéniteurs du cerveau adulte qui participent à la réparation peuvent être contrôlées afin d’améliorer le processus de remplacement cellulaire. Cependant, nous nous heurtons au manque évident d’outils pour objectiver, du vivant de l’animal, le développement et la réparation des lésions de démyélinisation, ainsi que de tests comportementaux permettant de relier cette perte cellulaire à des déficits fonctionnels. Dans ce contexte, notre projet a pour but 1) de dévoiler les mécanismes cellulaires et moléculaires sous-tendant la mobilisation des cellules endogènes afin de comprendre et favoriser l’auto-réparation et 2) de mieux caractériser in vivo et au cours du temps les processus de régénération de la myéline dans les modèles murins de SEP.
Combiner les outils de biologie moléculaire, d’histologie, d’imagerie et d’analyse comportementaleNous avons comparé l'expression des gènes des progéniteurs neuraux de souris adultes saines à celle de souris après démyélinisation, et ainsi identifié certains facteurs dont l’expression est fortement augmentée pendant le processus régénératif. Nous avons choisi de caractériser l’implication de deux de ces genes (netrine 1 et ndst-1) en examinant leur implication dans le processus de réparation. En effet, nous avons décrypté le dialogue existant entre vaisseaux sanguins et les progéniteurs neuraux et plus particulièrement l’implication de la Netrine-1 dans ce processus (Cayre et al In Press development). D’autre part nous souhaitons étudier l’implication de Ndst1, une enzyme clé dans la synthèse des héparanes sulfates (chaines de sucre portées par des protéines de surface), qui est très fortement surexprimée par les oligodendrocytes entourant la lésion. Nous analyserons l’implication fonctionnelle de ces facteurs dans le processus régénératif et plus particulièrement lors de la migration des progéniteurs vers la lésion en combinant des approches de biologie cellulaire et des manipulations de l’expression de ces facteurs in vivo chez l’animal. Ce projet nous permettra de mieux décrire le processus régénératif et ouvrira la voie à de nouvelles stratégies thérapeutiques favorisant l’auto-réparation.Par ailleurs, nous examinons grâce à des techniques d’imagerie cérébrale (IRM), le développement des lésions de démyélinisation et leur remyélinisation dans différents modèles de SEP chez la souris vivante. L’essor de techniques permettant l’analyse de la microstructure tissulaire et du neurométabolisme, nous permet d’obtenir des informations multiples et complémentaires sur l’inflammation, l’état de myélinisation et de perte axonale du cerveau, le métabolisme, et l’évolution temporelle de la maladie. Le développement de tels outils bénéficiera à l’ensemble de la communauté travaillant sur les pathologies de la myéline.
Résumé de la soumission : La sclérose en plaques (SEP) est une maladie chronique dégénérative du système nerveux central caractérisée par de l'inflammation et de la démyélinisation. Les seules options thérapeutiques sont les traitements modulant l’immunité et l’inflammation qui diminuent la fréquence et l’intensité des crises mais sont inefficaces contre la neurodégénérescence et l’invalidité progressive des malades. De nouvelles stratégies thérapeutiques ciblant spécifiquement la remyélinisation sont indispensables. La remyélinisation spontanée existe chez certains patients atteints de SEP. Les études menées chez le rongeur ont permis d’identifier deux sources distinctes de cellules y participant: les progéniteurs d’oligodendrocytes (OPCs) présents dans  le parenchyme cérébral et les progéniteurs neuraux dérivés de la zone sous ventriculaire (SVZ) où résident les cellules souches du cerveau adulte. La compréhension des mécanismes moléculaires et cellulaires régulant ce processus d’auto-réparation dans les modèles murins de SEP est un préalable à la conception de nouvelles thérapies. Nous avons montré que la prolifération, la migration et la différenciation des OPCs et des progéniteurs neuraux de la SVZ peuvent être contrôlées afin d’améliorer le processus de remplacement cellulaire. Cependant, nous nous heurtons au manque évident d’outils pour objectiver, du vivant de l’animal, le développement et la réparation des lésions de démyélinisation, ainsi que de tests comportementaux permettant de relier cette perte cellulaire à des déficits fonctionnels. Dans ce contexte, notre projet a pour but 1) de dévoiler les mécanismes cellulaires et moléculaires sous-tendant la mobilisation des cellules endogènes afin de comprendre et favoriser l’auto-réparation et 2) de mieux caractériser in vivo et au cours du temps les processus de démyélinisation/remyélinisation dans les modèles murins de SEP, Dans ce but, nous avons comparé l'expression des gènes des cellules de SVZ issues de souris adultes saines à celle de souris ayant développé une encéphalomyélite auto-immune expérimentale un modèle murin de SEP, et ainsi identifié certains facteurs dont l’expression est fortement augmentée pendant le processus de mobilisation après démyélinisation. Nous avons choisi de caractériser l’implication de deux de ces genes (netrine 1 et ndst-1) en examinant leur implication dans le processus de réparation. En effet, nous souhaitons décrypter le dialogue existant entre les cellules endothéliales et les progéniteurs neuraux et l’implication de la Netrine-1 dans ce processus. D’autre part nous souhaitons étudier l’implication de Ndst1, une enzyme clé dans la synthèse des héparan sulfates, qui est très fortement surexprimée par les oligodendrocytes entourant la lésion au moment de la mobilisation. Nous analyserons l’implication fonctionnelle de ces facteurs dans le processus régénératif et plus particulièrement lors de la migration des OPCs vers la lésion. Ce projet nous permettra de mieux décrire le processus régénératif et ouvrira la voie à de nouvelles stratégies thérapeutiques favorisant l’auto-réparation.Par ailleurs, nous examinerons, grâce à la technique d’imagerie par résonance magnétique, le développement des lésions de démyélinisation et leur remyélinisation dans différents modèles de SEP chez la souris vivante. L’essor de techniques puissantes telles que l’imagerie par tenseur de diffusion et la spectroscopie par résonance magnétique chez le petit animal, porteuses d’informations multiples et complémentaires sur le métabolisme, l’état de myélinisation et de perte axonale du cerveau, nous permettra de suivre l’évolution temporelle de la maladie. En parallèle, nous déterminerons quels sont les tests comportementaux les plus pertinents pour évaluer le développement de la démyélinisation puis de la réparation. Le développement de tels outils bénéficiera à l’ensemble de la communauté travaillant sur les pathologies de la myéline.
Résultats : Les premiers résultats de notre projet montrent qu’il existe un dialogue entre les progéniteurs neuraux et les vaisseaux sanguins qui participent au processus régénératif. Nous avons démontré que la démyélinisation induit la formation de nouveau vaisseaux sanguins au niveau  d’une zone appelée « niche » contenant les cellules souches et progénitrices du cerveau adulte.  Ces nouveaux vaisseaux sont induits par l’expression de la Netrin1 qui favorise ainsi la migration des cellules progénitrices vers la lésion. Nous avons montré que NDST-1 et les héparanes sulfates sont exprimés spécifiquement autour des lésions de démyélinisation chez le rongeur. En culture, la présence des héparanes sulfates sur les cellules progénitrices d’oligodendrocyte favorise leur migration et ralentit leur différentiation en cellules matures. Nous recherchons l’implication fonctionnelle de cette molécule dans le processus de mobilisation et la différentiation des oligodendrocytes.
Au cours de l’étude d’imagerie in vivo chez l’animal réalisée sur le modèle d’encéphalomyélite autoimmune expérimentale MOG33-55, nous avons montré que la phase progressive de la maladie, durant laquelle les symptômes cliniques apparaissent, est caractérisée par une diminution des diffusivités radiale et axiale. De telles variations n’ont, à notre connaissance, jamais été rapportées dans ce modèle qui est habituellement étudié durant la phase chronique. Les substrats histologiques de ces paramètres d’imagerie semblent essentiellement constitués d’une infiltration de cellules immunitaires et d’une atteinte du neurofilament. Ces résultats suggèrent qu’il est possible d’identifier une infiltration de monocytes/macrophages sur la base de variations de diffusivité, et que le processus de dommage axonal peut se produire en l’absence de démyélinisation évidente.
Perspectives : Ce projet innovant combinant comportement, imagerie cérébrale et données histologiques sur des modèles murins de SEP permettra d'établir un lien entre la progression de la maladie et l'apparition de déficits comportementaux ainsi qu’entre le processus de réparation et la récupération fonctionnelle.
D'un point de vue fondamental, ce projet aidera à identifier de nouveaux acteurs moléculaires impliqués dans la démyélinisation et la remyélinisation dans les différents modèles de murin de SEP. Ces résultats pourraient ouvrir la voie pour le développement de nouvelles  thérapies ciblant la mobilisation de progéniteurs endogènes.
Publications et brevets : Une partie des travaux réalisés dans ce projet font l’objet de publication -Cayre M, Courtés S., Martineau F., Giordano M., Arnaud K. Zamaron A. and Durbec P.  Netrin-1 contributes to vascular remodeling in SVZ and promotes progenitor emigration after demyelination. Development (2013)   140, 3107-3117. 
El Waly B, Macchi M, Cayre M, Durbec P. Oligodendrogenesis in the normal and pathological central nervous system. Front Neurosci. 2014 Jun 12;8:145. Review.
Deux articles sont actuellement en cours de finalisation.