Projet ANR-10-BLAN-1434 – SynIQ : physiopathologie synaptique des retards mentaux chez les modèles murins
Programme : Sciences de la vie, de la santé et des écosystèmes :  Neurosciences (Blanc SVSE 4)
Année de financement : 2010
Coordinateur du projet : Monsieur Yann Humeau (CENTRE NATIONAL DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE - DELEGATION  AQUITAINE LIMOUSIN)
Partenaires : Centre national de la recherche scientifique; Centre national de la recherche scientifique; Institut national de la santé et de la recherche médicale
Montant : 820754.0 euros
Durée : 48 mois
Résumé : Rôle joué par les dysfonctions synaptiques dans les désordres intellectuels d’origine génétiqueDes dizaines de mutations de gènes entraînent des désordres intellectuels (ID), dont certains codent pour des protéines présentes à la synapse. L’enjeu est de comprendre le rôle fonctionnel joué par ces protéines afin de pouvoir corriger les effets de leur absence aux niveaux cellulaires, intégrés et enfin comportementaux.
Comprendre et corriger les déficits intellectuels d’origine génétique1 à 2 % de la population souffre de désordres intellectuels allant de retards mentaux légers à des syndromes autistiques profonds. Des mutations de plus de 100 gènes ont été identifiés comme des causes majeures de ces pathologies. Nous développons une stratégie expérimentale basée sur notre connaissance de la physiologie neuronale chez le rongeur afin de comprendre et d’agir sur les déficits neuronaux et synaptiques associés à ces mutations lorsqu’elles sont introduites chez la souris. Les mécanismes de base de la cognition et de l’apprentissage sont communs à tous les mammifères. La constitution et la fonction des réseaux neuronaux obéissent globalement aux mêmes lois. Dès lors, l’analyse fine du fonctionnement de réseaux neuronaux chez l’animal sauvage et muté pour l’un de ces gènes doit nous permettre d’identifier les déficits fonctionnels associés à la mutation, et d’en préciser l’origine synaptique ou neuronale. Dès lors, une stratégie correctrice peut être mise en place, ciblant le plus spécifiquement possible le déficit observé. Enfin, des stratégies de restauration moins invasives peuvent être envisagées, faisant appel à des agents pharmacologiques spécifiques et bien tolérés. 
Une approche multi-échelle pour l’étude des désordres cognitifs d’origine génétique.Avec l’aide de partenaires, nous commençons par l’examen des capacités cognitives des animaux mutants, en nous focalisant sur des apprentissages simples tels que la peur conditionnée. Cet apprentissage implique un grand nombre de structures cérébrales dont nous examinons le fonctionnement neuronal et synaptique lors d’expériences d’électrophysiologie menées in vitro. Ce modèle translationnel nous permet d’identifier les réseaux neuronaux perturbés par la mutation.Nous procédons alors à une dissection morpho-fonctionnelle des réseaux neuronaux d’intérêt en utilisant une combinaison d’approches incluant l’imagerie, l’électrophysiologie et l’optogénétique afin de comprendre l’origine de la perturbation. Dès lors une stratégie de correction « phénotypique » peut être envisagée in vivo afin d’établir le lien entre les phénotypes observés aux différents niveaux. Afin de restreindre spatialement et temporellement nos actions correctrices sur l’animal, nous menons initialement des expériences de pharmacologie et d’infections intracérébrales, avant d’entreprendre des administrations systémiques moins invasives. Enfin, nous menons des études comparatives sur plusieurs lignées transgéniques modèles de ID afin de comprendre si des similarités existent dans l’impact fonctionnel de mutations associées aux ASD (Autistic spectrum disorder) et/ou ID (intelectual disabilities).
Résumé de la soumission : Le retard mental (RM) est une pathologie fortement répandue dans la population générale, concernant 1 à 3% des individus. Il se définit par un quotient intellectuel inférieur à 70, avec une diminution de certaines aptitudes perturbant la vie quotidienne. Différent types de causes ont été identifiées parmi lesquelles des facteurs accidentels périnataux, des réarrangements chromosomiques importants, mais également de nombreuses mutations génétiques ponctuelles, qui concernent souvent des gènes portés par le chromosome X. Paradoxalement, la compréhension de la pathologie reste totalement inconnue. Dans la majorité des cas, il n’y a pas ou peu d’anomalies majeures des structures cérébrales, mais on note une diminution de la complexité des réseaux neuronaux, avec moins de contacts synaptiques, et des neurones de taille et de complexité réduite. De nombreux gènes identifiés comme causes mono-géniques de RM codent pour des protéines appartenant à, ou modulant la synapse. Dès lors, ces dernières années, l’hypothèse d’une origine synaptique au retard mental a été avancée.Nous avons adressé la question des atteintes synaptiques associées aux retards mentaux en comparant de façon systématique la physiologie des synapses entre le cortex sensoriel et l’amygdale latérale dans des souris mutantes pour des gènes du RM. Nous avons observé de façon quasi systématique une atteinte globale de la transmission excitatrice ainsi que la perte d’une forme de plasticité à long terme présynaptique. Par le passé, des atteintes de la transmission excitatrice dans les modèles murins de RM ont été rapportées dans le cortex et l’hippocampe, deux structures liées à la mémoire et l’apprentissage. Cependant, différentes formes de plasticité à long terme ne sont peu ou pas affectées, et leur lien avec les déficits d’apprentissage comportemental est rendu difficile par la complexité des microcircuits neuronaux.Dans cette seconde phase du projet, nous voulons profiter du lien étroit qui existe entre la plasticité synaptique au sein de l’amygdale latérale, notamment aux projections corticales vers les neurones principaux de l’amygdale, et le conditionnement à la peur pour comprendre l’importance des gènes du retard mental dans les processus de mémorisation au niveau comportemental, cellulaire et moléculaire.Notre programme expérimental est ambitieux car il inclut à la fois des apprentissages in vivo, des injections virales intra-amygdala, ainsi que l’analyse ex vivo de ces traitements sur la physiologie neuronale et synaptique ainsi que sur la morphologie des contacts synaptiques. Ceci est rendu possible par l’utilisation de techniques expérimentales de pointe, et l’association de trois équipes de recherches intéressées par la physiologie de la synapse et ayant des champs d’expertise divers mais complémentaires.Nous pensons que la combinaison de techniques d’électrophysiologie et d’imagerie ultra-résolutive et dynamique à ces synapses pathologiques nous permettra de répondre expérimentalement à des questions jusqu’alors inaccessibles. Notre objectif final est de comprendre le lien existant entre les processus cognitifs et le fonctionnement synaptique, et de mesurer l’importance des protéines du RM dans ces mécanismes. Enfin, nous allons continuer à développer des collaborations avec des équipes multidisciplinaires ayant en commun l’étude de ces pathologies. Nous participerons activement à la constitution d’un réseau national sur cette thématique, afin d’optimiser les échanges d’informations et de matériels, et espérons également participer à l’émergence à Bordeaux d’un pôle compétitif travaillant à la compréhension de la synapse pathologique.
Résultats : Nous avons récemment montré que les déficits d’apprentissage de la peur conditionnée présents chez les animaux déficients pour la protéine IL1RAPL1 étaient liés à une altération de la balance inhibition/excitation dans le circuit amygdalien. Par des approches de pharmacologie ciblée, nous avons de plus montré que les déficits comportementaux étaient liés à des déficits de mise en place mais aussi d’expression de la mémoire. Cette découverte est importante car elle ouvre une nouvelle fenêtre thérapeutique post-apprentissage (Zhang et al., soumis)
Par ailleurs, nous avons montré l’absence de plasticité présynaptique dans plusieurs modèles de ID (Gambino et al., soumis). Une hypothèse serait que cette convergence phénotypique résulte de la déstabilisation permanente des contacts synaptiques associée à ces mutations. 
Enfin, nous avons également contribué à l’identification et à la caractérisation d’une nouvelle mutation dans la région 16p11.2 souvent associée avec des désordres intellectuels, des formes de schizophrénie et l’autisme (manuscrit en préparation)
Perspectives : Nous entreprenons un premier travail de caractérisation et de compréhension des déficits fonctionnels de ces mutations sur les réseaux neuronaux. Nous développons en parallèle des stratégies permettant d’intervenir spécifiquement sur ces réseaux dans l’animal. Nous testons actuellement nos premières stratégies de restauration de capacités cognitives sur l’animal. Notre direction actuelle tend à une meilleure description des populations de neurones dans les circuits impliqués dans cette forme d’apprentissage, ce qui nous permettra prochainement de cibler nos traitements sur ces populations identifiées afin de restreindre les effets non voulus. Parallèlement, nous tentons des approches pharmacologiques ciblées, avec pour objectif une administration non invasive.
Publications et brevets : Les articles mentionnés ci-dessus sont soumis à des revues, et sont actuellement en cours d’évaluation pour publication.