Étude des altérations précoces de l’intégrité de la barrière hémato-encéphalique dans un modèle murin de la trisomie 21

Le syndrome de Down, aussi appelé trisomie 21, est la cause génétique la plus fréquente de déficience intellectuelle. Il est dû à la présence d’un chromosome 21 supplémentaire, en totalité ou en partie. Les personnes porteuses de trisomie 21 présentent également un risque très élevé de développer une maladie d’Alzheimer précoce. Le cerveau est protégé par une barrière naturelle appelée barrière hémato-encéphalique. Cette barrière agit comme un filtre très sélectif : elle contrôle strictement ce qui peut passer du sang vers le cerveau afin de maintenir son bon fonctionnement. Elle est formée par différents types de cellules qui travaillent ensemble au sein d’une structure appelée unité neurovasculaire. Lorsque cette barrière est endommagée, des substances normalement exclues du cerveau peuvent y pénétrer, ce qui peut perturber son fonctionnement. Une altération de cette barrière est observée dans de nombreuses maladies neurologiques, notamment la maladie d’Alzheimer. Des travaux récents suggèrent que la barrière hémato-encéphalique pourrait également être fragilisée chez les personnes atteintes de trisomie 21 et de maladie d’Alzheimer. Cependant, on ne sait pas encore si ces altérations apparaissent très tôt au cours de la vie en raison de la trisomie elle-même, ou si elles sont une conséquence plus tardive des mécanismes liés à la maladie d’Alzheimer. L’objectif de ce projet est de mieux comprendre ce phénomène en étudiant si la barrière hémato-encéphalique est déjà altérée dès les premières étapes de la vie dans la trisomie 21. Pour cela, nous utiliserons un modèle de souris génétiquement modifiées reproduisant les principales caractéristiques génétiques de la trisomie 21. Grâce à des méthodes complémentaires bien établies, nous chercherons à déterminer si la barrière protectrice du cerveau laisse passer des molécules anormalement et à identifier les changements affectant les cellules qui assurent son bon fonctionnement.

Jusqu’à présent, la recherche sur la barrière protectrice du cerveau dans la trisomie 21 s’est surtout intéressée aux périodes tardives de la vie, lorsque les lésions caractéristiques de la maladie d’Alzheimer sont déjà bien installées. En revanche, ce qui se passe très tôt dans la vie, bien avant l’apparition de ces lésions, reste largement méconnu. Cette absence de données rend difficile la compréhension de ce qui déclenche réellement la maladie, par opposition à ce qui en est une conséquence. Dans la trisomie 21, plusieurs facteurs liés à la présence d’un chromosome supplémentaire, comme une inflammation chronique, des perturbations du métabolisme ou des réactions immunitaires anormales, pourraient fragiliser dès le plus jeune âge la barrière qui protège le cerveau. Une telle fragilité précoce pourrait, à long terme, favoriser l’apparition de troubles neurologiques. Malgré l’hypothèse largement admise selon laquelle un dysfonctionnement de cette barrière pourrait jouer un rôle clé dans l’apparition précoce et l’évolution rapide de la maladie d’Alzheimer chez les personnes atteintes de trisomie 21, aucune étude n’a jusqu’à présent examiné de manière approfondie l’état de cette barrière dans des modèles animaux représentatifs de la trisomie 21. Ce projet est donc le premier à s’intéresser à l’intégrité de la barrière hémato-encéphalique dès le début de la vie dans un modèle de souris de la trisomie 21. Les bénéfices attendus de ce projet seront donc, à court terme, de pouvoir révéler un potentiel problème jusqu’ici insoupçonné dans la circulation sanguine du cerveau et ainsi ouvrir la voie à de nouvelles recherches pour mieux comprendre les mécanismes de la maladie. A plus long terme, cela pourrait contribuer à identifier de nouvelles pistes de prévention ou de traitement.

Pour identifier les souris porteuses de la modification génétique d’intérêt, un très petit prélèvement de tissu sera réalisé pour tous les animaux (une seule fois, d’une durée inférieure à une minute, animal vigile). En cas de problème technique rare, un second prélèvement pourrait être effectué chez ces mêmes animaux, à l’âge adulte et à l’état éveillé, également d’une durée inférieure à une minute et réalisé une seule fois. Une partie des animaux recevra une injection d’une molécule permettant de vérifier l’intégrité de la barrière hémato-encéphalique, elle sera effectuée sous anesthésie générale de très courte durée (une seule injection d’une durée inférieure à 1 minute, durée de l’anesthésie inférieure à 5 minutes). Une partie des souris aura également un seul prélèvement sanguin (durée inférieure à cinq minutes, animal vigile).

La biopsie pour identifier le patrimoine génétique des animaux peut causer une douleur passagère et un petit risque de saignement. Les souris utilisées dans cette étude présentent une modification génétique spécifique et, dans 10 pourcents des cas, une accumulation de liquide dans le cerveau, appelée hydrocéphalie. Ces souris sont aussi plus petites et plus légères que les souris ne présentant pas cette modification génétique. Lors des manipulations nécessaires aux injections et aux prélèvements, les souris peuvent ressentir un stress léger et passager. Une douleur brève peut également être ressentie au moment de la piqûre. Les injections peuvent entraîner un inconfort temporaire et un faible risque de saignement. Dans de rares cas, une irritation ou une atteinte de l’œil peut survenir. Les animaux seront sous anesthésie générale pour l’injection, celle-ci peut entraîner quelques effets secondaires, comme une légère baisse de la température corporelle, une sécheresse des yeux, et dans de très rares cas, des problèmes respiratoires ou cardiaques. Toutefois, cette anesthésie générale sera très courte et présente donc des risques moins importants. Les prélèvements de sang peuvent occasionnellement provoquer un saignement persistant.

Une partie des souris utilisées seront euthanasiées afin de prélever puis analyser des cerveaux dans le but de répondre à notre question scientifique. Toutes les autres souris seront euthanasiées car elles ne pourront pas être replacées ou réutilisées en raison de leur modification génétique spécifique.

La souris est le modèle le plus adapté pour étudier le syndrome de Down et ses effets sur le cerveau. En effet, la souris est un modèle bien connu et largement utilisé pour modéliser les pathologies humaines. Notamment, son génome est parfaitement connu et des outils sont disponibles pour le modifier. Ainsi un modèle de souris génétiquement modifiées possède une copie supplémentaire d’une grande partie des gènes du chromosome correspondant au chromosome humain 21, et il reproduit plusieurs caractéristiques importantes du syndrome de Down. Cette lignée de souris permet d’étudier très tôt dans la vie l’intégrité et la perméabilité de la barrière qui protège le cerveau, appelée barrière hémato-encéphalique, ainsi que les modifications des vaisseaux sanguins et l’inflammation dans le cerveau. Chez les souris, cette barrière cérébrale est pleinement développée dès la troisième semaine après la naissance. Les signes liés au vieillissement ou à la maladie d’Alzheimer, comme la perte de certaines protéines et de neurones, ou l’accumulation de molécules toxiques dans le cerveau, n’apparaissent qu’après neuf mois. C’est pourquoi nous étudierons les souris génétiquement modifiées à 1 et 3 mois. Cette approche nous permettra de savoir si les premières altérations de la barrière cérébrale apparaissent avant les autres signes caractéristiques de la maladie, et de déterminer si ces changements vasculaires et au niveau de la barrière peuvent servir de marqueurs précoces du syndrome de Down. Le prélèvement pour connaitre le patrimoine génétique des animaux sera réalisé à l’âge de 7 à 10 jours afin de bénéficier de la cicatrisation rapide observée chez les jeunes animaux et connaitre leur modification génétique très tôt.