Bourse NeuroMarseille pour les projets “recherche innovante et collaborative en neurosciences“ 2021

Les ganglions de la base (GB) sont un ensemble de noyaux sous-corticaux impliqués dans le contrôle moteur, l’apprentissage sensorimoteur et la prise de décision, contribuant à la spécification continue des mouvements volontaires. Pour élaborer un comportement réussi et orienté vers un but, les GB et en particulier le striatum et le noyau subthalamique, ses principales structures d’entrée, intègrent une grande variété d’informations, y compris les états émotionnels. Cependant, la source de ces informations émotionnelles est largement inconnue. Dans le processus de traitement des états émotionnels, l’amygdale est considérée comme un acteur clé. Malgré les preuves anatomiques montrant l’existence de projections de l’amygdale vers le striatum dorsal, son impact fonctionnel sur le réseau des GB est mal compris. Cette proposition vise à combler cette lacune en caractérisant, chez la souris :

• le rôle de l’amygdale sur les comportements liés aux GB, en manipulant la voie amygdalo-striatale avec une approche chémogénétique ;
• l’impact fonctionnel de cette voie sur les neurones striataux, en utilisant l’électrophysiologie ex vivo et l’optogénétique.

Ce projet apportera un regard nouveau sur l’intégration, par le striatum dorsal, d’informations à contenu émotionnel, en abordant pour la première fois le rôle fonctionnel des afférences de l’amygdale dans une tâche comportementale pertinente. Les expériences électrophysiologiques au niveau du striatum permettront en outre de préciser les propriétés physiologiques des synapses amygdaliennes dans le striatum dorsal et de mettre en évidence les possibles différences selon les neurones postsynaptiques ciblés. L’ensemble des travaux permettra de déterminer si et comment les informations à valeur émotionnelle provenant de l’amygdale sont traitées dans le striatum, la principale structure d’entrée des GB, afin d’avoir un impact sur le contrôle moteur et l’apprentissage.

Afin de déterminer l’impact de la comorbidité avec le syndrome sensorimoteur dans les déficits de la dyslexie, notre projet vise à tester les deux hypothèses phonologiques et sensorimotrices dans une étude unique. La question est de savoir si une altération des représentations phonémiques est associée à une altération des actions articulatoires et corporelles. Sur la base d’études comportementales, nous avons déjà caractérisé deux groupes de 15 jeunes adultes dyslexiques avec ou sans déficit sensorimoteur, comparés à deux groupes de 15 jeunes adultes contrôles avec ou sans déficit sensorimoteur. Pour la première fois, sur la base de cette cohorte unique, les résultats comportementaux seront étayés par des preuves de neuroimagerie basées sur l’utilisation de l’IRM 7T, caractérisée par des  données uniques à contraste élevé, à haute résolution spatiale et à haute résolution temporelle.

Nous évaluerons si ces caractéristiques comportementales sont sous-tendues  par des caractéristiques cérébrales des réseaux impliqués dans la représentation interne de l’action et les processus d’apprentissage, tels que les réseaux fronto-pariétal, cingulo-operculaires, somato-moteurs et cérébelleux-corticaux. Cette étape est cruciale pour envisager de nouvelles formes de remédiation de la dyslexie. En effet, un meilleur ciblage des contours sensorimoteurs de la dyslexie devrait permettre une remédiation plus holistique pour soutenir le sujet dyslexique tout au long de sa vie et limiter ainsi les troubles collatéraux tels que la diminution de l’estime de soi et le stress lié aux situations d’apprentissage.

Les mécanismes de contrôle de l’inflammation cérébrale sont essentiels pour assurer le maintien de l’homéostasie cérébrale. Des dysfonctionnements neuroinflammatoires sont plus en plus considérés comme possiblement impliqués très tôt dans le développement de certaines maladies neurodégénératives. En conséquence, l’identification de molécules efficaces et spécifiques permettant la modulation de processus pathogéniques en lien avec l’inflammation pourrait s’avérer cruciale dans la mise en place de thérapies nouvelles visant la neuroinflammation. Les protéoglycanes à héparane sulfate (PGHS) sont des molécules intéressantes car impliquées dans le contrôle de nombreux événements qui surviennent au cours de l’inflammation. Nos travaux dans des astrocytes humains, confirmés par une autre étude, nous ont permis de mettre en évidence des altérations d’expression de l’un des membres des PGHS sous l’effet d’un facteur de risque génétique connu de plusieurs maladies neurodégénératives: le facteur APOE4. Nous avons également récemment montré que le facteur APOE4 prédispose les astrocytes humains à un phénotype pro-inflammatoire anormal. Dans ce contexte, notre projet va explorer le rôle de ce nouveau candidat des PGHS dans le contrôle de la réponse inflammatoire astrocytaire. Pour cela, nous avons défini deux objectifs principaux:

1. Évaluer l’effet de « nanobodies » bloquants, et spécifiques à notre candidat PGHS, sur le contrôle de la réactivité astrocytaire humaine.

2. Générer des souris conditionnelles pour une perte de fonction, spécifiquement dans des astrocytes, de notre candidat PGHS.

Pour atteindre nos objectifs, nous allons nous appuyer sur : i) des paradigmes expérimentaux validés et des modèles in cellulo basés sur les cellules souches humaines induites à la pluripotence ; ii) des outils uniques et brevetés (nanobodies bloquant contre notre cible candidate); et iii) un nouveau modèle de souris transgénique. En combinant l’utilisation de ces nouveaux modèles / outils avec des analyses cellulaires et moléculaires, ce projet vise à démontrer que l’inhibition de notre molécule candidate pourrait moduler la réactivité des astrocytes in vitro et in vivo. Notre projet de recherche devrait apporter de nouvelles connaissances sur le rôle de ce membre des PGHS dans la réactivité des astrocytes. De plus, notre projet à pour ambition de commencer à évaluer ce candidat comme une cible d’intérêt thérapeutique pour réduire les conséquences d’événements neuroinflammatoires pathogéniques dans le cadre de maladies neurodégénératives.

Ce projet vise à déterminer si et comment NEUROD2, un facteur de transcription impliqué dans les troubles neurodéveloppementaux comme les troubles du spectre autistique, régule de manière autonome la structure et la plasticité du segment initial de l’axone (SIA). En particulier, nous suggérons que NEUROD2 pourrait être un chaînon clé entre l’entrée du calcium et la plasticité du SIA dans les neurones excitateurs du cerveau antérieur. Nous testerons l’impact de la délétion du gène Neurod2 sur la structure et la plasticité du SIA in vitro et in vivo, chez la souris.

Ce projet est novateur aux niveaux scientifique, technique et conceptuel.

• Sur le plan scientifique, il vise à caractériser les nouveaux acteurs moléculaires clés de l’intégrité structurelle et de la plasticité du SIA.
• Techniquement, nous utiliserons des approches de pointe pour aborder la structure et la plasticité du SIA à la fois in vitro et in vivo. Pour la première fois, nous allons combiner un système in vitro bien établi pour les analyses cytologiques de la plasticité du SIA avec la microscopie à super-résolution, et caractériser en profondeur les neurones dans ce modèle (délétion du gène Neurod2).
• Conceptuellement, ce projet pourrait ouvrir la voie à une meilleure compréhension et éventuellement au traitement des troubles du développement neurologique au-delà de ceux qui concernent NEUROD2. En effet, des analyses génomiques intégratives indiquent que NEUROD2 est un gène pivot lié à de nombreux autres gènes associés aux troubles neurodéveloppementaux, et des preuves récentes suggèrent que les syndromes neurodéveloppementaux impliquant ces autres gènes pourraient également être associés de manière causale à des défauts du SIA. Nos résultats pourraient donc soutenir la nouvelle hypothèse selon laquelle le SIA joue un rôle important dans les troubles neurodéveloppementaux.

L’objectif global de ce projet est d’examiner si et comment le maintien et le remodelage de la myéline peuvent contribuer à la physiopathologie des formes non familiales de la maladie d’Alzheimer (MA). L’objectif spécifique de cette collaboration est d’évaluer les déficiences cognitives dans des modèles murins de démyélinisation et de MA, et d’examiner si un épisode précoce de démyélinisation/remyélinisation augmente le risque de développer un syndrome de type MA ou exacerbe/avance les symptômes dans un modèle de MA murin. La plupart des formes de MA ne sont pas génétiques, mais plutôt sporadiques. Nous utiliserons donc un modèle souris qui ne porte pas les mutations génétiques impliquées dans les formes familiales de la MA, mais qui consiste en une perturbation du métabolisme par des injections de streptozotocine (STZ). Pour étudier la démyélinisation/remyélinisation, nous utiliserons un modèle bien maitrisé par le laboratoire basé sur l’ingestion de cuprizone (CUP) chez la souris.

Notre objectif est d’obtenir le premier ensemble de données permettant de tester l’hypothèse selon laquelle les atteintes ou le dysfonctionnement de la myéline pourraient contribuer au développement de la MA. Nous aurons deux objectifs précis.

1. Nous comparerons des souris témoins à des souris démyélinisées (CUP) afin d’établir si la perturbation de la plasticité post-lésionnelle de la myéline peut induire des symptômes de type MA.
2. Nous testerons si un épisode de démyélinisation/remyélinisation peut précipiter ou aggraver les symptômes de la MA dans le modèle STZ.

Depuis la découverte de gènes mutés dans les formes familiales de la MA, le concept de « cascade amyloïde » est considéré comme le mécanisme principal à l’origine de la pathologie de la MA, stipulant que le dépôt intracérébral de protéine ß-amyloïde est la cause de la MA et que les autres lésions cérébrales suivent. Cependant, aucun des 300 composés efficaces dans les modèles transgéniques murins ne s’est traduit avec succès en thérapie clinique. Le manque de compréhension des multiples processus d’interaction impliqués dans la physiopathologie de la MA est probablement la cause de cet échec. Notre projet interroge la pathogenèse de la MA sous un angle original et nouveau en accordant une attention particulière à la substance blanche, puisque les fonctions cérébrales supérieures dépendent également de l’intégrité de la myéline.

Contrairement au cortex moteur primaire (M1), la nature exacte des fonctions motrices exercées par l’aire motrice supplémentaire (AMS) chez l’homme fait encore l’objet d’une discussion ouverte : soit elle contribue simplement au contrôle des motoneurones comme le fait M1, soit elle est en amont du M1 (c’est-à-dire « supramotrice ») et donc peut jouer différents rôles. L’existence de projections cortico-spinales à partir de l’AMS favorise la première option, mais des données chez le singe contredisent cette hypothèse. Il est donc essentiel de mieux caractériser in vivo, chez l’homme, la connectivité structurelle de l’AMS avec la moelle épinière. Pour ce faire, nous utiliserons la tractographie par IRM de diffusion à ultra haut champ (7T) et à haute résolution du cerveau et de la moelle épinière chez les mêmes sujets sains.

Les objectifs ultimes de ce projet exploratoire et interdisciplinaire sont :

• de déterminer où se terminent les projections du tractus cortico-spinal de l’AMS,
• d’évaluer le rapport entre les projections de l’AMS et celles du M1 sur la lamina IX, afin de comprendre quel type de fonctions motrices l’AMS peut ou ne peut pas assurer.

Des développements méthodologiques spécifiques seront réalisés afin d’adapter nos techniques et de répondre aux questions scientifiques sous-jacentes. Pour l’année à venir, les objectifs et tâches préliminaires ont donc été identifiés comme suit :

• Étude de faisabilité pour visualiser les fibres de l’AMS jusqu’à la moelle épinière.
• Détermination du protocole IRM le plus adéquat pour identifier la projection transversale dans la moelle épinière.
• Développement d’un pipeline de post-traitement pour gérer correctement l’analyse de la diffusion et l’identification de la projection.
• Identification, au niveau individuel, des projections de l’AMS sur la moelle épinière.

L’innovation et la nouveauté de ce projet sont doubles : d’abord, du point de vue méthodologique, une telle exploration combinée par IRM constitue un véritable défi technologique. Deuxièmement, on sait peu de choses sur les projections du point final du tractus cortico-spinal de l’AMS sur la moelle épinière humaine et sur le type de fonctions motrices impliquant l’AMS. Les connaissances sur la topologie des trajets des fibres dans la moelle épinière chez l’homme sont également très rares. Malgré des grands défis, et même si nous ne répondons pas complètement à la question, ce projet exploratoire devrait donc apporter de nouvelles connaissances fondamentales et technologiques.

Bien que le rôle des miRNAs dans les troubles neurodégénératifs soit de plus en plus reconnu, les preuves expérimentales étayant cette notion sont encore rares. Cela est dû, au moins en partie, à notre connaissance rudimentaire de la biologie fondamentale de l’homéostasie des miRNAs dans le cerveau. Un effort important est donc nécessaire pour déterminer les schémas d’expression précis des miRNAs au niveau du cerveau ainsi que les processus de régulation impliqués dans leur génération, leur maturation et leur renouvellement dans des conditions à la fois physiologiques et pathologiques. L’étude de ces questions cruciales a été largement empêchée par les contraintes expérimentales intrinsèques à la détection des miRNAs dans le cerveau.

En effet, nous ignorons toujours si des miRNAs particuliers s’expriment dans des sous-populations neuronales spécifiques et/ou si leurs niveaux d’expression sont affectés dans des types neuronaux spécifiques au cours de maladies neurodégénératives. Dans ce projet, nous voulons générer de nouveaux outils permettant d’aborder certains de ces aspects fondamentaux. En nous concentrant sur un miRNA fortement exprimé dans le cerveau, miR-124, et potentiellement lié à la maladie de Parkinson (MP), nous espérons mettre en évidence son rôle dans une population neuronale pertinente pour la MP, les interneurones cholinergiques du striatum (CINs). Notre hypothèse de travail est que miR-124 contribue à façonner l’hétérogénéité fonctionnelle des CINs dans des conditions physiologiques et pathologiques. Nous aborderons cette hypothèse à travers 2 objectifs spécifiques :

1. valider, in vivo, une nouvelle stratégie de rapporteur pour quantifier avec précision les niveaux de miR-124 dans les CINs
2. tester, pour la première fois, si les niveaux de miR-124 sont corrélés aux propriétés fonctionnelles des CINs dans des conditions physiologiques et dans un modèle murin de la MP.

Ce projet fournira des pistes pour l’utilisation potentielle des miRNAs dans des applications cliniques (par exemple en tant que biomarqueurs) et dans une perspective thérapeutique.

L’objectif principal de cette étude est de confirmer l’existence et de caractériser une signature de dénaturation du plasma chez les patients parkinsoniens par calorimétrie différentielle à balayage (DSC). Pour atteindre cet objectif, nous allons collecter :

• Le plasma de 120 patients atteints de la maladie de Parkinson à différents stades de la maladie ainsi que celui de 80 patients atteints de parkinsonisme atypique
• Les données cliniques qui seront collectées pour tous les patients sont les données démographiques, la durée de la maladie, les échelles d’évaluation motrice appropriées, les évaluations cognitives standard, les médicaments.

La nouveauté du projet consiste en l’application non conventionnelle d’instruments à décalage thermique pour obtenir des profils de dénaturation du plasma, qui pourraient être utiles pour le diagnostic. L’identification de biomarqueurs pour le diagnostic précoce des syndromes parkinsoniens est d’une importance capitale car ces affections peuvent avoir des résultats, des traitements et des pronostics différents. Le développement d’une méthode peu invasive pour aider au diagnostic des syndromes parkinsoniens qui ne repose pas sur l’identification préalable de biomarqueurs moléculaires constituerait une véritable percée conceptuelle et ouvrirait la voie à d’autres maladies neurodégénératives difficiles à diagnostiquer et pour lesquelles les méthodes de diagnostic invasives traditionnelles (comme la ponction lombaire) sont nécessaires ou parfois non pertinentes en raison de l’absence de biomarqueurs spécifiques. Si une telle signature plasmatique de la DP est confirmée, l’étape suivante consistera à l’étudier comme un signe précoce potentiel de la maladie.

L’amblyopie, est une altération de la vision due à un déséquilibre de la vision binoculaire durant l’enfance.  C’est une des causes principales de malvoyance d’un œil qui touche 2 à 5 % de la population. Ces mécanismes d’adaptation ne peuvent être corrigés que pendant une période critique du développement chez l’enfant avant 6 ans. Le projet vise à identifier les mécanismes à l’origine de la déficience visuelle. Un certain nombre d’évidences ont révélé que le noyau géniculé latéral dorsal, principal récepteur de l’information rétinienne dans le thalamus visuel, est soumis à une régulation dépendant de l’activité.
Le groupe de D. Debanne dans l’unité « Canaux ioniques et neurobiologie synaptique » (INSERM U1072) caractérise l’excitabilité intrinsèque sensible à l’activité dans les neurones du noyau géniculé latéral dorsal du rat. La plasticité intrinsèque n’est pas induite par des modifications de récepteurs aux neurotransmetteurs comme dans la plasticité synaptique, mais résulte de modifications des canaux ioniques dépendants du voltage ou du calcium. Dans un modèle d’amblyopie chez le rat obtenu grâce à un protocole de privation monoculaire, nous étudions les canaux ioniques impliqués dans cette plasticité en utilisant différents protocoles expérimentaux et des bloqueurs spécifiques.

Ayant rejoint récemment le groupe du Dr. Debanne, mon projet consiste à appréhender les mécanismes moléculaires mis en jeu dans la régulation des canaux ioniques dépendants de l’activité. Le projet est de comprendre la réorganisation de ces complexes protéiques lors de la privation monoculaire en comparant l’environnement des canaux ioniques des neurones du thalamus visuel du côté connecté à l’œil ouvert avec celles du côté connecté avec l’œil privé de stimulus visuel par des analyses de protéomique en partenariat avec la Plateforme INteractome Timone (PINT).