Imagerie fonctionnelle de maladies génétiques neurologiques rares chez la souris

Les pathologies du système nerveux central ne sont que faiblement couvertes par les molécules thérapeutiques actuelles et l’efficacité des traitements est parfois limitée. Ce constat est d’autant plus flagrant en ce qui concerne les maladies neurologiques rares, qui sont des pathologies très sévères et handicapantes et particulièrement mal comprises. Mieux comprendre les symptômes observés dans ces pathologies constituerait une étape importante afin de guider le développement de nouveaux traitements, adaptés au fort besoin médical chez ces patients. Dans ce contexte, nous nous focalisons ici sur des pathologies orphelines neurologiques liées à la perte de fonction d’un gène, en particulier le syndrome de Rett, le syndrome d’Angelman, le syndrome de l’X fragile et la maladie de Niemann-Pick de type C. Ces maladies se développent dès l’enfance et provoquent des symptômes très invalidants (des troubles cognitifs, moteurs, sensoriels ou épileptiques notamment). Les traitements existants sont extrêmement limités actuellement et ne couvrent que peu de symptômes. Notre objectif est d’étudier par différentes techniques de neuroimagerie l’impact du blocage de l’expression des gènes responsables de ces maladies de manière locale dans le cerveau chez la souris. Cette étude permettra à la fois de répondre à des questions cruciales concernant le rôle respectif des gènes d’intérêt dans ces maladies, et de disposer de modèles animaux ainsi que de biomarqueurs d’imagerie permettant l’évaluation de futurs candidats médicaments.

Les besoins thérapeutiques liés aux maladies du systeme nerveux central ne sont que partiellement couverts par les médicaments actuels, en particulier les maladies orphelines génétiques pour lesquelles les rôles des gènes impliqués sont encore mal connus, et les mécanismes cérébraux conduisant aux symptômes sont peu établis. Notre stratégie consiste à étudier quelles sont les altérations de l’activité cérébrale qui sous-tendent les symptômes de ces pathologies. Les bénéfices attendus sont donc une meilleure compréhension de ces pathologies orphelines, et permettront de guider le développement de candidat-médicaments futurs grâce à l’identification des paramètres qui sont altérés de manière significative en imagerie.

La quasi-totalité des animaux utilisés dans l’étude auront une unique intervention de chirurgie stéréotaxique, toujours sous anesthésie générale et analgésie d’une durée d’1h30 environ pour permettre : – L’injection stéréotaxique d’un vecteur permettant le blocage de l’expression d’un gène – Et/ou l’implantation stéréotaxique d’une canule pour l’imagerie par photométrie à fibre A la suite de cette intervention de chirurgie stéréotaxique des souris seront utilisées pour un unique examen d’imagerie fonctionnelle ultrasonore qui est non-invasif mais réalisé sous anesthésie générale (durée d’une heure). D’autres souris seront utilisées pour un total de deux examens d’imagerie fonctionnelle ultrasonore, toujours sous anesthésie générale, séparés par deux semaines. Pendant ces deux semaines, ces souris seront anesthésiées tous les deux jours pendant 5 minutes par isoflurane ; des souris auront les vibrisses coupées du côté gauche pendant cette anesthésie. Enfin, les souris implantées avec canule seront utilisées pour un unique examen d’imagerie photométrique, avec pour la plupart un examen de tomographie par émission de positons réalisé dans la foulée. La photométrie et la captation du radiotraceur se font chez la souris éveillée et libre de ses mouvements, puis l’imagerie par tomographie se fait chez la souris anesthésiée (pendant 30 minutes).

Le blocage de l’expression des gènes en question sera susceptible de provoquer des symptômes neurologiques (troubles sensoriels, moteurs ou cognitifs) chez les animaux. Néanmoins, comme ce blocage n’aura lieu que dans une petite zone (contrairement aux patients) nous prévoyons des troubles légers survenant quelques jours après l’injection, similairement à de précédentes études utilisant des approches similaires (par exemple des atteintes transitoires des réflexes, ou encore des troubles de la mémoire et des interactions sociales dans des modèles rongeurs du syndrome de Rett avec déficience localisée du gène). Concernant la privation des vibrisses d’un côté pour une des procédures, il est rapporté qu’une privation chronique des vibrisses droites et gauches produit des symptômes légers d’anxiété et d’altération de la mémoire à court terme. Des symptômes similaires pourraient survenir durant les 2 semaines de privation que nous envisageons. Les chirurgies telles que l’injection stéréotaxique des vecteurs ou l’implantation de la fibre peuvent causer une douleur, elles seront donc réalisées dans un état d’anesthésie générale, et sous analgésie.

De part la nécessité de prélever les cerveaux pour des analyses post-mortem, tous les animaux à la fin des procédures seront mis-à-mort.

La souris est l’espèce pour laquelle l’impact comportemental d’une inactivation des gènes d’intérêt est connu, parfois en lien avec des régions particulières du cerveau, ce qui nous apporte des informations précieuses sur les régions à cibler dans notre approche locale, et permettra une comparaison des données de la littérature avec nos propres résultats. A l’inverse, nos résultats seront intéressants pour la communauté scientifique car ils apporteront des informations spatiales et temporelles plus précises sur le rôle des gènes d’intérêt. De plus, la souris est une espèce idéale pour l’utilisation de notre dispositif d’imagerie cérébrale ultrasonore, car l’épaisseur restreinte du crâne permet un passage des ultrasons et une qualité d’imagerie suffisante dans des conditions non invasives. Des études précliniques ont montré que l’inactivation tardive de certains gènes chez la souris adulte produit un décours de la pathologie similaire à une inactivation embryonnaire. Pour d’autres gènes, plusieurs arguments suggèrent également une importance du maintien à l’âge adulte de ces gènes notamment pour le maintien de la plasticité synaptique. Cette question est cruciale sur le plan clinique étant donné que le diagnostic de ces pathologies survient habituellement tardivement par rapport au stade de développement du cerveau. Il est donc important de savoir si corriger le déficit d’expression du gène après une maturation avancée du cerveau peut suffire à améliorer la qualité de vie des patients. C’est pourquoi nous souhaitons utiliser des souris adultes afin de mieux caractériser le rôle de ces gènes d’intérêt à ce stade. Notre approche par injection locale de vecteurs est particulièrement adaptée à cette problématique puisqu’elle permet de contrôler à la fois la localisation et le moment où le gène devient déficitaire.