3 décembre 2008
La Jolla, Californie — Longtemps considérés comme de simples témoins, les astrocytes sont essentiels à la survie et au bien-être des motoneurones, qui contrôlent les mouvements musculaires volontaires. En fait, des astrocytes défectueux peuvent détruire les motoneurones et sont les principaux suspects de la sclérose latérale amyotrophique (SLA), une maladie qui provoque une atrophie musculaire.
Pour comprendre l'origine de cette relation complexe, des chercheurs du Salk Institute for Biological Studies ont mis au point pour la première fois un système basé sur des cellules souches embryonnaires humaines (CSEh) pour modéliser la SLA. Leur étude a confirmé que les astrocytes humains dysfonctionnels se retournent contre leurs cellules souches et détruisent les motoneurones sains. Mais surtout, le traitement des cellules cultivées par l'apocynine, un puissant antioxydant, a permis d'éviter la mort des motoneurones causée par le dysfonctionnement des astrocytes.
Leurs conclusions, publiées dans le numéro du 4 décembre de la revue Cellule souche cellulaire, fournissent de nouvelles perspectives sur les voies toxiques qui contribuent à la disparition des motoneurones dans la SLA et ouvrent de nouvelles possibilités pour les expériences de criblage de médicaments utilisant la SLA humaine in vitro modèles, ainsi que des interventions cliniques utilisant des thérapies cellulaires à base d'astrocytes.
« Une variété de médicaments qui avaient démontré une efficacité significative dans des modèles murins n'ont pas tenu leurs promesses dans les essais précliniques et cliniques », explique Fred H. Gage, Ph. D., professeur au Laboratoire de génétique, qui a dirigé l'étude. En réalité, un seul médicament – le riluzole – a été approuvé par la FDA pour traiter la SLA, et il ne ralentit l'évolution de la maladie que de deux mois.
En haut : Lorsque les motoneurones (en rouge) sont cultivés en présence d’astrocytes défectueux, leur nombre chute. En bas : Le traitement des cultures par l’apocynine, un puissant antioxydant, augmente considérablement la survie des motoneurones. Tous les noyaux cellulaires sont marqués en bleu et les neurones en vert. Panneau de droite : Seuls les motoneurones sont représentés.
Image : Avec l'aimable autorisation du Dr M. Carol Marchetto, Salk Institute for Biological Studies.
« Il existe un besoin urgent de nouveaux modèles de SLA qui ont le potentiel de se traduire en essais cliniques et qui pourraient, au minimum, être utilisés en conjonction avec les modèles murins pour vérifier les médicaments et les cibles médicamenteuses », explique Gage.
La SLA, aussi connue sous le nom de maladie de Lou Gehrig, doit son nom au légendaire frappeur des Yankees de New York qui a donné son nom à cette mystérieuse maladie il y a plus de 60 ans. Généralement mortelle, cette maladie neurodégénérative attaque les motoneurones contrôlant les mouvements volontaires, entraînant une paralysie progressive et une atrophie musculaire.
Bien que la SLA ait été classée comme maladie il y a plus de 140 ans, on ignore encore sa cause. Une étape importante dans la compréhension de la maladie a été franchie lorsque les scientifiques ont découvert que la SLA pouvait être induite par des mutations héréditaires du gène codant l'enzyme SOD1 (superoxyde dismutase 1). Cette enzyme protège l'organisme des dommages causés par les radicaux libres, des molécules hautement réactives produites par les cellules lors du métabolisme normal.
Les motoneurones spinaux expriment des niveaux élevés de SOD1, ce qui, selon beaucoup, pourrait expliquer leur vulnérabilité sélective. Mais des expériences sur des souris ont rapidement révélé que la dégénérescence des motoneurones n'est pas nécessairement associée à une expression défectueuse de SOD1 dans les motoneurones. per se mais plutôt avec son expression dans un nombre critique de cellules de soutien voisines.
La plupart des traitements efficaces chez les souris atteintes de SLA n'ayant pas répondu aux attentes lors des essais précliniques et cliniques, la chercheuse postdoctorale et première auteure, M. Carol Marchetto, Ph. D., a cherché une alternative : « Les souris transgéniques contenant les formes mutées humaines de la SOD1 se sont révélées très utiles pour étudier l'apparition et la progression de la maladie. Mais nous avons estimé que les modèles de culture cellulaire utilisant à la fois des neurones et des astrocytes humains pourraient être très utiles pour le criblage de médicaments et, dans une certaine mesure, pour les thérapies de remplacement cellulaire. »
Pour découvrir la contribution des astrocytes à la dégénérescence des motoneurones humains, Marchetto a d'abord incité les cellules souches embryonnaires humaines (CSEh) à se différencier en motoneurones grâce à une série de manipulations physiques et à l'exposition à plusieurs facteurs de croissance. Lorsqu'elle a co-cultivé ces cellules avec des astrocytes humains exprimant une forme mutée de SOD1, le nombre de motoneurones vivants dans la boîte de Petri a chuté. « En présence de la mutation, les astrocytes ont déclenché une réponse inflammatoire et ont commencé à produire des espèces réactives de l'oxygène, une caractéristique de la SLA », explique Marchetto.
Lorsqu'elle a traité ces cellules avec des antioxydants connus tels que l'apocynine, présente dans de nombreuses plantes, l'épicatéchine, un ingrédient bénéfique du thé vert et du chocolat, ou l'acide alpha-lipoïque, produit par l'organisme, le pourcentage d'astrocytes produisant des espèces réactives de l'oxygène nocives a diminué de manière significative. De plus, lorsqu'elle a traité des motoneurones cultivés en présence d'astrocytes mutants, l'apocynine – la seule testée lors d'une expérience de co-culture – a aidé les motoneurones à résister à un environnement qui ne leur était plus favorable.
« Nous pensons que nous pouvons utiliser ce système comme un test rapide de dépistage de médicaments pour les dommages oxydatifs afin d'identifier les meilleurs candidats pour des expériences ultérieures de co-culture à long terme », explique Marchetto.
Bien que les recherches sur les effets de la mutation du gène SOD1 fournissent des indices importants sur les causes possibles de la mort des motoneurones, seule une petite fraction de tous les cas de SLA sont en réalité dus à la mutation ; d’autres causes génétiques encore non identifiées existent clairement.
« Les progrès rapides dans la technologie des cellules souches pluripotentes induites nous permettront bientôt de générer des cellules souches spécifiques au patient qui pourront être utilisées dans notre test de co-culture pour obtenir de nouvelles informations sur les différentes causes de la SLA », explique Gage.
Pour plus d'informations sur la commercialisation de cette technologie, veuillez contacter Mike White au 858-453-4100, poste 1703 (mwhite@salk.edu) du Bureau de gestion et de développement technologique de Salk.
Cette étude a été financée par le projet ALS, la Fondation Dana et Christopher Reeve, le California Institute for Regenerative Medicine, le Lookout Fund et les National Institutes of Health.
Les chercheurs qui ont également contribué aux travaux comprennent les chercheurs postdoctoraux Alysson R. Muotri, Ph.D., et Yangling Mu, Ph.D., du laboratoire Gage, le chercheur postdoctoral Alan M. Smith, Ph.D., et le professeur adjoint Gabriela G. Cezar, Ph.D., tous deux à l'Université du Wisconsin-Madison, Madison.
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