Etude de l’activité expiratoire chez des modèles murins du syndrome d’hypoventilation alvéolaire centrale congénitale

Le syndrome d’hypoventilation alvéolaire centrale congénitale est une pathologie associée à une dérégulation du fonctionnement du système nerveux autonome. Il se caractérise par une ventilation insuffisante pendant le sommeil, et dans les cas les plus sévères également pendant l’éveil. Cette hypoventilation est associée à une diminution voire à l’absence de la réponse à l’hypercapnie (trop de CO2/protons). Ainsi, les personnes atteintes de ce syndrome doivent tout au long de leur vie supporter une aide ventilatoire dès qu’elles s’endorment et dans les cas les plus graves 24h/24h. La mutation d’un gène est à l’origine de ce syndrome, la protéine issue de ce gène muté présente une mauvaise conformation la rendant non fonctionnelle, les cellules nerveuses exprimant cette protéine ne fonctionnent pas correctement. Ces cellules sont dans une structure de l’encéphale qui est impliquée à la fois dans la réponse à l’hypercapnie mais également dans la genèse de l’activité expiratoire. Notre projet a pour objectif de déterminer s’il existe une défaillance de l’expiration dans le syndrome d’hypoventilation alvéolaire centrale congénitale, chez un modèle de souris mutantes et de déterminer si elle peut être atténuée par un agent pharmacologique capable de corriger ou de potentialiser la réponse respiratoire à l’hypercapnie. Une première approche expérimentale sera utilisée pour enregistrer la respiration des souris nouveau-nées et adultes de façon non invasive. Elle permettra d’identifier la présence précoce du déficit expiratoire. Une seconde approche expérimentale permettra d’étudier à la fois la commande centrale inspiratoire et la commande centrale expiratoire. Ces deux approches permettront d’identifier l’origine de ce déficit expiratoire. Chez les souris adultes, nous évaluerons dans des situations différentes, qui stimulent la ventilation, si les muscles expiratoires sont mobilisés de façon identique chez les souris. In fine, les données obtenues devraient permettre d’identifier le déficit expiratoire comme un marqueur physiologique du syndrome d’hypoventilation alvéolaire centrale congénitale.

Notre étude pourrait révéler un nouveau biomarqueur de l’atteinte centrale rencontrée dans le syndrome d’hypoventilation alvéolaire centrale congénitale, une maladie très rare (prévalence 1/550000), le coût sociétal a été éstimé à 10 millions sur la durée de vie d’un patient par l’ancienne présidente de l’association des familles du syndrome d’Ondine. Si tel est le cas, ce résultat devrait guider les cliniciens vers la recherche d’une anomalie génétique chez tout patient présentant ce schéma respiratoire à l’effort sans explication d’origine périphérique, un point important cliniquement au regard des patients qui ne sont diagnostiqués que tardivement dans des conditions de fonction pulmonaire limitée ou suite à la découverte d’un cas de mutation dans leur descendance. Il est également à noter que le test génétique utilisé pour documenter les mutations liées à la maladie peut nécessiter du temps et l’implication de laboratoires spécifiques et peut donc ne pas être disponible dans certaines institutions. La recherche de défauts de recrutement expiratoire dans ces conditions pourrait être une solution pour poser le diagnostic.

Un rapide prélèvement au niveau de la queue est réalisé entre 7 et 10 jours de vie pour génotypage. Des souriceaux et des souris adultes seront utilisés pour la mesure des variables ventilatoires qui sera réalisée de façon non invasive pendant 60min (1 fois, et nécessite une habituation de 10 jours minimum chez l’adulte) dans une enceinte hermétiquement fermée et alimentée par un flux d’air en continu. Des souris nouveau-nées sont anesthésiées (quelques minutes) puis euthanasiées afin d’isoler rapidement une partie du système nerveux central afin de mesurer l’activité de la commande respiratoire. Des souris adultes sous anesthésie chimique et analgésie chimique auront des électrodes insérées au niveau des muscles respiratoires. Ces souris seront exposées à un challenge hypercapnique de 10 minutes et l’activité des muscles respiratoires sera enregistrée. Des souris adultes sous anesthésie chimique et analgésie chimique auront des électrodes insérées au niveau des muscles respiratoires et des électrodes de stimulations seront placées au niveau des nerfs sciatiques des membres postérieurs. Sous anesthésie, les nerfs qui contrôlent l’activité des muscles des pattes postérieures seront stimulés pendant 10 minutes afin de mimer une activité physique, et l’activité des muscles respiratoires sera enregistrée. Ce challenge est répété 2 fois avec un intervalle de 20 minutes. Tous les animaux sont euthanasiés après le dernier enregistrement en vue des prélèvements.

La séparation des souris nouveau-nées et juvéniles de leur mère pourra engendrer un stress. Le prélèvement au niveau de la queue pour génotypage est un stress. La manipulation des animaux pourra engendrer un stress. L’anesthésie pourra entrainer un stress, ainsi qu’une détresse respiratoire chez les souris utilisées dans ce projet, connues pour présenter une sensibilité exacerbées aux anesthésiques. La contention et l’administration orale est une source de stress pour l’animal qui sera limité par une habituation à la contention et l’utilisation de sonde de gavage en matière souple (palstique). L’instabilité respiratoire suite à la mise en place des électrodes indiquera un état de stress. Les dommages attendus sont au minimum une altération de la fonction respiratoire avec une hypoventilation marquée et une absence de réponse à l’hypercapnie. Il pourrait y avoir une atteinte de la prise alimentaire, avec une prise de masse plus lente chez une des lignées de souris mutantes par rapport aux souris congénères sauvages. Ces dommages attendus pourraient être à l’origine d’une mort prématurée avant que les souris n’atteignent l’âge adulte.

Tous les animaux sont euthanasiés à la fin des actes en vue des prélèvements et analyses nécessaires à l’étude post mortem ou lorsqu’ils ont atteints un âge limite pour la reproduction.

Les rongeurs (sont depuis de nombreuses années les espèces animales de choix pour l’étude des mécanismes associés à la genèse et à la régulation de la respiration par la commande centrale respiratoire. Le modèle animal du syndrome d’hypoventilation alvéolaire centrale congénitale n’existe, de nos jours, que sur modèle de souris mutées pour un gène sur des neurones impliquées dans la sensibilité au dioxyde de carbone. Ces souris mutantes ont été validées par des études antérieures. Le projet nécessite d’avoir accès à la commande centrale respiratoire à plusieurs âges dans des conditions qui ne peuvent être obtenues que par un travail sur les souris mutantes et sauvages ; étude de la commande centrale respiratoire; étude de la ventilation de façon non invasive chez des souris mutantes et sauvages nouveau-nées et adultes chez animal vigil ; études de l’activité des muscles expiratoires chez des souris adultes mutantes et sauvages sous anesthésie.