Comprendre comment un dysfonctionnement mitochondrial conduit à une atteinte du motoneurone et du cœur chez un modèle murin de sclérose latérale amyotrophique

La sclérose latérale amyotrophique est une maladie neurodégénérative. Elle se déclare à l’âge adulte (40-80 ans) et évolue, en 3 à 5 ans, vers la paralysie complète et le décès du patient. Elle est causée par la mort de certains neurones (motoneurones), entraînant un affaiblissement progressif et une atrophie des muscles. À ce jour, il n’existe pas de traitement contre la sclérose latérale amyotrophique car les mécanismes physiopathologiques restent partiellement méconnus. La sclérose latérale amyotrophique touche les deux sexes et son incidence augmente avec l’âge à partir de 40 ans. Dans une cohorte humaine de patients souffrant de sclérose latérale amyotrophique, des chercheurs ont identifié la mutation d’une protéine. Parmi tous les facteurs impliqués dans la pathogenèse, un dysfonctionnement de certains orgabite (mitochondries) de la cellule a toujours été envisagé comme un acteur majeur de cette pathologie. Néanmoins, les atteintes des neurones pures étant rarement observées dans les pathologies mitochondriales, l’hypothèse d’un rôle causal des mitochondries dans la pathologie a longtemps été débattue. L’identification de mutations dans le gène étudié fut la première preuve génétique démontrant le rôle primaire de la mitochondrie dans des atteintes du motoneurone. Récemment, il a été démontré qu’il est possible de corriger ou de contourner génétiquement certains défauts de la chaîne respiratoire mitochondriale dans des modèles murins de maladies mitochondriales, ouvrant ainsi de nouvelles perspectives thérapeutiques. Sur la base de ces avancées, nous faisons l’hypothèse qu’une approche similaire pourrait permettre de compenser les défauts mitochondriaux dans le modèle rongeur, et ainsi d’évaluer le potentiel de correction génétique des fonctions mitochondriales dans un contexte de maladie du motoneurone et maladie cardiaque.

A terme, les résultats de ce projet permettront de comprendre plus précisément certains mécanismes impliqués dans la maladie de Charcot (Sclérose Latérale Amyotrophique). Ils pourraient permettre le développement de nouveaux médicaments, permettant ainsi de prévenir ou freiner le développement des maladies neurologiques chez les patients.

Les animaux seront soumis à des évaluations fonctionnelles et à des examens non invasifs ou peu invasifs, ainsi qu’à une procédure terminale pour certains d’entre eux, dans le cadre d’un protocole visant à étudier des mécanismes biologiques liés au vieillissement. Procédure 1 (suivi longitudinal) Cette procédure inclut deux types d’évaluations, réalisées sur des animaux éveillés ou sous anesthésie légère, sans douleur ni détresse significative : 1. Évaluation de la motricité : Les animaux seront placés sur un dispositif rotatif (test de coordination motrice) pour mesurer leur endurance et leur équilibre. Chaque séance durera entre 5 et 10 minutes, avec un maximum de 15 minutes par animal (temps cumulé incluant une phase d’habituation). Ce test sera répété jusqu’à 7 fois par animal sur l’ensemble du suivi. 2. Examen cardiaque : Une échographie sera réalisée sous anesthésie légère (gaz anesthésiant) pour visualiser le fonctionnement du cœur. Chaque examen durera environ 10 minutes, avec un maximum de 20 minutes par séance, et sera répété jusqu’à 4 fois par animal. La durée totale de cette procédure est de 6 mois par animal, incluant les différentes évaluations fonctionnelles et les examens cardiaques. Procédure 2 (suivi longitudinal avec collecte terminale de tissus) Cette procédure reprend les mêmes évaluations que la procédure 1 (motricité et échographie cardiaque, avec les mêmes fréquences et durées), et ajoute une étape terminale pour la collecte de tissus. Cette étape, réalisée en fin de protocole, consiste en : • Une anesthésie générale profonde, administrée par injection, pour assurer l’inconscience de l’animal avant toute manipulation. Une analgésie (médicament contre la douleur) sera préalablement administrée pour prévenir toute souffrance. • Une perfusion intracardiaque (injection d’une solution de fixation dans le cœur) pour préserver les tissus (cerveau, moelle épinière, muscles, cœur, etc.) en vue d’analyses ultérieures. Cette étape, d’une durée de 20 à 30 minutes par animal, est réalisée sans réveil de l’animal et est suivie d’une confirmation de la mort par une méthode rapide et indolore. La durée totale de cette procédure est également de 6 mois par animal, incluant les évaluations fonctionnelles et l’étape terminale.

Notre étude précédente sur une lignée de souris a montré que ces animaux avaient une espérance de vie ne dépassant pas 14 mois. Pour cette raison, nous prévoyons de suivre la fonction cardiaque par échographie et d’utiliser un indicateur qui représente une mesure directe du bon fonctionnement contractile de la partie du cœur responsable pour l’oxygénation corporelle comme point limite. De plus, ces souris ne prennent pas de poids comme leurs congénères témoins à partir de l’âge de 10 semaines environ. Les souris mutantes développent une faiblesse musculaire et les signes cliniques apparaissent au stade final caractérisé par une insuffisance cardiaque et une perte de poids rapide la semaine avant la mort.

Les animaux sont mis à mort à la fin de l’expérimentation pour pouvoir réaliser des prélèvements.

Certaines questions d’intérêt scientifique nécessitent des expériences sur les animaux mais nous utiliserons deux procédures alternatives : expériences sur les cellules humaines disponibles et cellules animales (souris) maintenues en culture, et l’exploration de certains mécanismes par simulation informatique. Néanmoins, nous ne pouvons pas étudier la physiopathologie des maladies qui nous intéressent ex vivo car les phénomènes sont multifactoriels. Les modèles d’animaux sont nécessaires pour évaluer in vivo au cours de plusieurs mois le développement des altérations pathologiques propres aux organes en question. Le choix de la souris est lié à ces deux considérations : 1) tous les gènes concernés sont conservés chez la souris et l’homme, ainsi que leur fonction ; 2) la souris est le modèle de choix pour les techniques qui visent à introduire des mutations. L’étude de la lignée murine réalisée précédemment par nos collaborateurs a permis d’observer que ces animaux présentaient une espérance de vie ne dépassant pas 14 mois. De plus, une prise de poids diminuée par rapport aux souris contrôles est observée à partir de 10 semaines. À la suite de ces résultats, nous prévoyons d’utiliser les animaux à trois stades de développement : – stade correspondant à l’atteinte finale de la maladie (= environs 8-12 mois, soit perte de poids supérieure à 15% par rapport à la pesée précédent la 1ère diminution de poids, soit un affaiblissement partiel de l’extension des pattes ou tremblements, associé à une incapacité pour la souris de se retourner par elle-même lorsqu’elle est sur le flanc en moins de 15 secondes), soit une fraction d’éjection réduite. – stade d’apparition des premiers signes cliniques = 3 mois de vie – stade intermédiaire = 7 mois de vie (stade nécessaire pour comprendre la cinétique d’apparition des signes d’atteintes tardifs)