PROJET MINIAD

Ce projet est porté par l’Institut du Cerveau et de la Moelle épinière (ICM)

CONTEXTE

Aujourd’hui la maladie d’Alzheimer (MA) représente la principale cause de dépendance chez le sujet âgé et un fardeau économique considérable dans nos sociétés industrialisées. De plus, cette maladie ne dispose d’aucun traitement efficace sur le long terme. Les nombreux échecs des essais cliniques concernant des molécules actives pour la MA peuvent s’expliquer en partie par le fait que la transposition chez les patients des approches thérapeutiques issues des modèles précliniques utilisés s’avère particulièrement inefficace. Il est donc indispensable de développer de nouveaux modèles permettant cette transposition.

Il est possible aujourd’hui de générer des organoïdes appelés « mini- brains » à partir de cellules souches pluripotentes induites (iPSCs) qui permettent de recréer in vitro l’environnement cellulaire complexe de régions du cerveau humain et de disposer ainsi de tissus reproduisant les phénotypes de la maladie. Ces organoïdes sont donc à la fois un outil puissant pour identifier de nouvelles cibles thérapeutiques et un modèle plus proche de l’humain, idéal pour préparer l’entrée de nouvelles molécules en clinique.

“Grâce au soutien de MSDAVENIR, l’Institut du Cerveau et de la Moelle épinière va pouvoir développer un projet particulièrement innovant pour accélérer le développement de nouvelles pistes thérapeutiques sur la maladie d’Alzheimer. La technique des mini-brains est très prometteuse pour cette pathologie mais ouvre également de nouvelles perspectives pour les autres maladies neurodégénératives.“

Philippe RAVASSARD
Coordinateur du projet MINIAD

RÉSULTATS

• Nous avons développé et validé un modèle d’organoïdes assemblés (« assembloïdes ») qui récapitulent des éléments essentiels de la complexité du cortex humain en termes de composition neuronale et d’architecture tissulaire. Les conditions de culture ont été optimisées afin d’améliorer la reproductibilité du modèle ainsi que la maturation des organoïdes.
• Nous avons établi un système très efficace de transfert de gène permettant de marquer spécifiquement avec des protéines fluorescentes les neurones corticaux excitateurs et inhibiteurs qui se développent dans les organoïdes. Nous avons également implémenté une stratégie de purification par anticorps des astrocytes, un type cellulaire glial fortement impliqué dans la MA. Ces approches nous permettent ainsi d’établir les profils moléculaires spécifiques de ces types cellulaires (transcriptome et épigénome).
• Afin d’extraire des informations aux niveaux cellulaire et fonctionnel, nous avons aussi développé des outils d’électrophysiologie et d’analyse histologique automatisée.
• Nous avons acquis des lignées iPSCs de 3 patients atteints de formes familiales de la MA (mutations ponctuelles dans les gènes APP et PSEN1, et duplication du gène APP) pour lesquelles nous avons généré des clones isogéniques corrigés par édition génomique Crispr- Cas9. Afin d’étudier une forme sporadique de la MA, nous avons de plus généré des iPSCs portant le principal facteur de risque génétique connu (allèle APOE4) à partir d’une lignée contrôle.
• La culture à long terme (> 4 mois) des organoïdes de patients permet de reproduire l’accumulation d’amyloïde beta agrégée et l’hyperphosphorylation de Tau, deux phénotypes cellulaires majeurs de la MA. Les analyses moléculaires et fonctionnelles sont aujourd’hui en cours.

PERSPECTIVES

Forts de notre système de culture d’organoïdes et de nos stratégies de purification de neurones et de glies, nous sommes en mesure d’extraire et de comparer les profils complets d’expression des gènes de trois populations cellulaires issues d’individus sains et de patients.

Nous analyserons non seulement les transcrits codants mais aussi les longs ARN non-codants (lncRNA) qui sont de puissants régulateurs contrôlant l’expression génique. De plus nous caractériserons les zones ouvertes de la chromatine dans ces populations.

Ces approches combinées permettront d’identifier des signatures moléculaires spécifiques, associées à des types cellulaires et à la pathologie.

Collectivement nos travaux nous donnerons accès à un nouveau modèle utilisable pour le criblage précoce de molécules d’intérêt pharmacologiques et à l’identification de nouvelles cibles thérapeutiques codantes ou non-codantes.

PUBLICATION RÉCENTE

Galet, B., Cheval, H. and Ravassard P. Patient-derived midbrain organoids to explore the molecular basis of Parkinson’s disease. Frontiers Neurol. 2020. 11:1005. doi: 10.3389/ fneur.2020.01005

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