Résumé non technique d'un projet d'expérimentation animale publié sur ALURES le 05/08/2025
("EC NTS/RA identifier" : NTS-FR-220072)
Un lot de souris est laissé vivre jusqu’à l’âge létal, pour caler la chronologie entre le remodelage moléculaire et l’apparition des phénotypes délétères. 917 souris vont être utilisées au total, toutes tuées à l’issue, dont 872 dans des procédures impliquant un niveau de souffrance modéré. Elles reçoivent sous anesthésie une injection de particules virales dans le sinus rétro-orbitaire, une injection sous-cutanée, une injection intrapéritonéale, et pour une partie d’entre elles un prélèvement de 200 microlitres de sang par incision de la queue juste avant la mise à mort, afin d’élucider le rôle des mitofusines dans les cellules cardiaques et nerveuses. Le porteur justifie le choix de la souris par la présence des mitofusines chez les seuls mammifères et par la possibilité de constituer de grands lots expérimentaux, et juge ce recours « indispensable » à la compréhension du rôle des mitochondries dans l’insuffisance cardiaque.
Objectifs et bénéfices escomptés du projet
Décrire les objectifs du projet.
Les mitochondries sont les centrales énergétiques de nos cellules car elles consomment l’oxygène afin de produire l’énergie chimique nécessaire au fonctionnement cellulaire. Les mitochondries possèdent leur propre génome essentiel qui est essentiel à la production d’énergie. Du fait de leur rôle clé pour l’apport d’énergie, les mitochondries possèdent une machinerie enzymatique complexe contrôlant leur positionnement, leur mobilité et leur morphologie au sein des cellules. Bien qu’exprimées dans l’ensemble de nos cellules, les pertes de fonction des protéines médiant la fusion et la dynamique des mitochondries (comme les mitofusines) aboutissent à des altérations tissues spécifiques telles que l’atrophie optique ou des neuropathies périphériques telles que la maladie de Charcot-Marie-Tooth de type 2A (CMT2A). La CMT2A est une neuropathie héréditaire sensitivomotrice génétiquement associée à des mutations invalidant la fonction de la protéine mitofusine 2. L’absence de compréhension des mécanismes pathogènes impliqués dans les maladies neurodégénératives associés à la dynamique mitochondriale explique en grande partie les difficultés diagnostiques mais aussi l’absence de traitement pour ces pathologies invalidantes. Les travaux du laboratoire ont récemment mis en évidence que la perte de fonction de mitofusine 2 entrainait une perte du génome mitochondrial causant une crise énergétique cellulaire. La découverte de ce nouveau mécanisme pathogène pourrait ouvrir de nouvelles pistes thérapeutiques pour le traitement des maladies neurodégénératives associées aux enzymes de la dynamique mitochondriale. Pour autant, bien qu’ayant démontré la validité des modèles transgéniques murins dans l’étude des mécanismes pathogènes des défauts des mitofusines, nos études étaient jusqu’alors concentrées sur des modèles animaux n’atteignant l’âge adulte et donc une maturation du métabolisme cellulaire comparable à celui de l’homme. Ainsi, cette saisine vise à encadrer la validation et l’établissement de nouvelles stratégies permettant de générer des modèles transgéniques chez la souris adulte visant à (i) élucider les différentes fonctions des mitofusines dans les cellules cardiaques et (ii) élucider les mécanismes pathogènes des neuropathies associées à mitofusine 2 à travers une étude se focalisant spécifiquement sur la physiologie des neurones.
Quels sont les bénéfices susceptibles de découler de ce projet?
Ce projet permettra de comprendre comment la dysfonction de la fusion mitochondriale peut perturber à la fois le mécanisme gérant la réplication de l’ADN mitochondrial et le métabolisme énergétique. Nos travaux s’inscrivent dans le contexte clinique de la neurodégénérescence périphérique et des cardiomyopathies. Les modèles transgéniques seront générés grâce à l’utilisation de particules virales de dernières générations ciblant spécifiquement soit les neurones soit les cellules cardiaques et deviendront à la suite du projet disponible pour les communautés scientifiques et cliniques. Les nouveaux mécanismes moléculaires découverts dans ce projet seront en partie transposables aux cellules humaines dysfonctionnelles secondairement à l’altération de la dynamique mitochondriale. De plus, nous utiliserons un système de particules virales équivalent à celui utilisé dans le contexte de la thérapie génique chez l’homme. Nous espérons faire avancer les connaissances sur les mécanismes biologiques fondamentaux responsables du développement des symptômes de la CMT2A. Notre objectif à long terme est de participer au développement d’une stratégie thérapeutique pour les patients diagnostiqués avec cette neuropathie périphérique qui à ce jour reste incurable. Nos travaux amèneront également un nouveau regard sur l’impact de la déficience du génome mitochondrial sur l’homéostasie métabolique et énergétique cardiaque avec des applications potentielles dans le domaine de l’insuffisance cardiaque.
Nuisances prévues
À quelles procédures les animaux seront-ils soumis en règle générale?
L’injection dans le sinus rétro-orbitaire des particules virales sera réalisée sous anesthésie générale et analgésie locale. Elle prendra en moyenne 3 minutes de l’induction jusqu’au réveil. Les souris recevront une injection sous-cutanée d’anticoagulant puis une injection intrapéritonéale d’un anesthésiant et analgésiant. Le prélèvement sanguin (200µL), réalisé sur une partie seulement des animaux inclus dans le projet, sera effectué sur animal anesthésie et analgésié suite à l’incision au niveau de la queue juste avant la mise à mort.
Quels sont les effets/effets indésirables prévus sur les animaux et la durée de ces effets?
Élevage et suivi des lignées présentant un phénotype délétère : Ces animaux seront surveillés quotidiennement par le personnel qualifié de l’animalerie avec feuille d’observation pour suivre la santé et le bien-être. Notamment, la motivation des souris pour (i) s’alimenter, (ii) explorer la cage, et (iii) interagir avec ses congénères seront surveillés. La réduction et/ou l’absence de toilettage seront également surveillés. La feuille d’observation permettra donc de suivre la santé et le bien-être des animaux à travers l’aspect extérieur (activité dans la cage, isolement de l’animale, posture normale ou voutée, aspect du pelage, respiration) et le poids des animaux. Un lot de souris sera suivi jusqu’à l’âge létal afin de définir la temporalité du remodelage moléculaire par rapport au développement des phénotypes délétères. L’atteinte d’un point limite sera communiqué par téléphone et par mail à l’expérimentateur qui prendra alors la décision de l’euthanasie, par dislocation cervicale ou asphyxie au dioxyde de carbone. Procédures expérimentales sur animale vivant : Ces procédures seront strictement restreintes à (i) l’injection dans le sinus rétro-orbitaire des particules virales adéno-associées. La procédure d’injection d’une durée totale de 3 min sera réalisées sous-anesthésie générale et secondairement à l’application d’une analgésie locale au niveau du site d’injection.
Justifier le sort prévu des animaux à l’issue de la procédure.
Tous les animaux seront sacrifiés à l’issue de l’ensemble des procédures expérimentales.
Application de la règle des "3R"
1. Remplacement
Le premier objectif de ce projet est d’affiner notre compréhension des mécanismes biologiques responsables du développement de la neuropathie périphérique de Charcot-Marie-Tooth de type 2A (CMT2A). Le deuxième objectif vise à évaluer les conséquences d’une altération de la réplication du génome mitochondrial sur le fonctionnement et le métabolisme cardiaque. L’incidence fonctionnelle sur le myocarde sera étudiée à travers les modèles transgéniques cardiaques et les mécanismes pathogènes de la CMT2A seront étudiés grâce aux modèles transgéniques neurones spécifiques. Nos analyses requièrent l’utilisation de modèles animaux, qui expriment les protéines mitofusines 1 et 2. Notre projet comprend également la mise en place de nouveaux modèles cellulaires dans lesquels l’invalidation des mitofusines sera induite pendant la culture des cellules et non chez les animaux. Cette stratégie permettra l’établissement d’un modèle d’étude robuste, du point de vue des interprétations scientifiques, assurant ainsi la mise en place d’une stratégie de remplacement solide pour les futurs projets du laboratoire. En effet, la congélation d’ampoules de cellules permettra de réaliser de nombreuses expérimentations visant à caractériser les fonctions des protéines mitofusines sur de nombreux aspects sans avoir à sacrifier de nouvelles souris.
2. Réduction
La première phase du projet vise à étudier in vitro, sur un nouveau modèle cellulaire inductible, les effets de la perte des mitofusines ou de TFAM (une protéine indispensable pour la réplication de l’ADN mitochondrial) sur le métabolisme énergétique cellulaire. La validation de cette approche réduira de manière significative le nombre de souris nécessaire pour caractériser les effets de l’invalidation des mitofusines ou de TFAM. Les résultats générés par cette première approche guideront en partie le choix des paramètres biologiques à étudier sur animaux et permettra donc d’optimiser le nombre d’animaux à utiliser pour tester la solidité des hypothèses scientifiques du projet de recherche.
3. Raffinement
Tous les animaux sont utilisés soit pour l’expérimentation soit pour le renouvellement de géniteurs. Nos conditions d’élevage permettent aux phénotypes dommageables de ne pas s’exprimer : cages ventilées, change sous hotte à la pince, litière, eau et aliments stérilisés. Les enrichissements sont variés et adaptés au type d’animaux dans la cage. L’induction des KO via l’injection des AAVs s’exprimera de manière tissue spécifique limitant ainsi la sévérité et le nombre de phénotypes délétères. L’injection des AAVs dans le sinus rétro-orbitaire sera réalisée sous anesthésie en présence d’une analgésie. Les souris gestantes portant les embryons exprimant les KO inductibles ubiquitaires seront utilisées pour la mise en place d’un nouveau modèle de fibroblaste embryonnaire portant le KO d’intérêt qui sera induit in vitro uniquement. Dans notre projet une partie des animaux vivants subiront une injection dans le sinus rétro-orbitaire (réalisée sous anesthésie, durée procédure 3min), une injection sous-cutanée et une injection intrapéritonéale. Les animaux seront surveillés et en accord avec l’application de points limites stricts et spécifiques du projet.
Expliquer le choix des espèces et les stades de développement y afférents.
La souris reste le modèle expérimental de référence pour la mise en place des modifications génétiques permettant l’étude de mécanismes biologiques impliqués dans le développement de maladies humaines. Notre projet vise à mieux comprendre les différentes fonctions des mitofusines, comme la mitofusine 2, dont le dysfonctionnement est responsable du développement de la maladie de Charcot-Marie-Tooth de type 2A. Les protéines mitofusines sont uniquement présentes chez les mammifères empêchant ainsi l’utilisation d’organismes modèles unicellulaire (bactéries, levures) ou d’invertébrés. De nombreuses études réalisées par différents laboratoires indépendants ont précédemment établit que le modèle souris transgénique est un modèle valide pour l’étude des maladies neurodégénératives. Le modèle souris permet la production de lots expérimentaux de taille importante offrant une flexibilité au projet de recherche mais également la possibilité de reproduire de nombreuses fois les expérimentations afin d’en évaluer la solidité du point de vue statistique. Finalement, la proximité des mécanismes physiologiques entre la souris et l’homme donne la possibilité de transférer une partie des connaissances développées vers le lit du patient. Notre projet, utilisant des souris adultes (8 semaines), permettra de faire un premier pas vers la clinique en étudiant les mécanismes biologiques de la maladie de Charcot-Marie-Tooth de type 2A dans un modèle murin adulte. Pour les mêmes raisons l’utilisation du modèle souris s’avère indispensable à la compréhension du rôle des mitochondries dans le développement de l’insuffisance cardiaque.