Étude de l’efficacité d’une thérapie génique avec la neuroglobine pour la préservation des neurones chez des souris souffrant des troubles de l’équilibre et de la coordination motrice dus à un dysfonctionnement du cervelet, qui miment fidèlement la pathologie chez l’Homme nommée Ataxie Spinocérébelleuse type 1

Malgré les progrès de la génétique durant les dernières décennies, les maladies neurologiques héréditaires sont le plus souvent incurables. Il a été démontré que la progression des symptômes chez les patients est fréquemment associée à un déficit de la production d’énergie cellulaire. Dans les cellules, les structures responsables de la production de cette énergie sont les mitochondries ; elles sont considérées comme des centrales énergétiques et elles régulent des processus essentiels à la vie cellulaire, spécialement pour les neurones. En conséquence, nous avons émis l’hypothèse que préserver la fonction des mitochondries dans le système nerveux central chez des patients souffrant de pathologies neurologiques héréditaires serait une piste thérapeutique prometteuse pour aider les cellules nerveuses débilitées par la maladie. Une thérapie génique conduisant à la production abondante d’une protéine mitochondriale qui possède des propriétés intéressantes pour le fonctionnement neuronal est en cours de développement. Pour y parvenir, un vecteur comportant le gène correspondant à la protéine « candidate » a été injecté par voie intraveineuse chez des souris souffrant d’une maladie mitochondriale qui entraîne des troubles de l’équilibre, la coordination et la mémoire spatiale. Il a été montré des effets bénéfiques et durables de cette intervention sur les atteintes motrices et cognitives de ces souris. Encouragés par ces données, une thérapie génique avec cette protéine « candidate » sera testée dans un autre modèle de pathologie neurologique qui est également associé à un déficit de la production d’énergie, mais dont la cause génétique initiale ne concerne pas des gènes mitochondriaux. L’objectif sera de démontrer qu’en augmentant la quantité de cette protéine dans le système nerveux central, l’état de santé général de ces animaux sera préservé grâce à la diminution de leurs troubles moteurs et cognitifs. Si nous observons des bénéfices liés à la forte concentration de la protéine mitochondriale étudiée dans les neurones du modèle expérimental examiné, nous pourrions élargir les effets thérapeutiques à d’autres pathologies neurologiques héréditaires. In fine, une étude clinique pourrait être développée pour améliorer les conditions de vie des patients souffrant d’un éventail de maladies neurologiques.

Notre objectif scientifique est de prouver l’intérêt d’une thérapie génique entrainant l’augmentation d’une protéine mitochondriale possédant des propriétés de protection des neurones dans le cadre des maladies neurologiques héréditaires dont les symptômes s’aggravent suite à un déficit mitochondrial mais dont la cause génétique est au-delà des gènes mitochondriaux. Actuellement, les thérapies conçues pour ces patients ciblent l’anomalie génétique et non pas le déficit de la production d’énergie cellulaire ; ce qui ne garantit pas avec certitude une amélioration clinique même partielle. Notre stratégie consistera à réaliser une thérapie génique (traitement par modification d’un gène), à large spectre, permettant l’augmentation pérenne de la concentration d’une protéine à propriétés neuroprotectrices dans le système nerveux central. Cette protéine a déjà montré une efficacité incontestable dans un modèle expérimental dont les souris miment une maladie mitochondriale et souffrent de troubles moteurs et de mémoire. L’abondance accrue de la protéine candidate a permis de préserver l’intégrité des mitochondries et d’améliorer les paramètres physiques et neurologiques de ces souris. Le projet actuel vise à confirmer ces résultats dans un second modèle animal d’une maladie neurodégénérative héréditaire dont la cause génétique n’est pas une mutation liée à la fonction mitochondriale. Ainsi, nous déterminerons si la thérapie génique protègerait effectivement les neurones et la fonction mitochondriale ce qui permettrait une diminution chez ces souris des troubles de la locomotion, de l’équilibre, de la coordination des mouvements et de la mémoire. À terme, les données qui seront récoltées à l’issue du projet, si elles confirmaient le bénéfice pour des souris souffrant des troubles moteurs et cognitifs mais dont la cause génétique ne concerne pas les gènes mitochondriaux encourageront le développement d’études cliniques chez l’Homme pour traiter un large spectre des maladies neurologiques incurables. Ces études viseront à améliorer les conditions de vie de patients pour lesquelles aucune thérapie n’a démontré son efficacité à ce jour.

Le modèle expérimental qui sera étudié présente des signes cliniques dommageables de par son altération génétique et ce dès 20 semaines d’âge : diminution du poids corporel, dégénérescence musculaire, déficit de l’apprentissage spatial, insuffisance respiratoire et apparition d’une ataxie (locomotion réduite, démarche anormale et troubles de la coordination). Cette dernière est évidente chez toutes les souris possédant la modification génétique à l’âge de 6 mois. Un petit fragment de l’extrémité de la queue sera prélevé sur les animaux engagés dans le projet âgés entre 7 et 10 jours afin d’identifier le génotype qui permettra de les intégrer dans les différents groupes expérimentaux. Cet acte ne sera réalisé qu’une fois et durera moins de 2 minutes par animal. Le gène médicament que nous testerons sera administré une fois aux souris âgées de 26 ou 28 jours par voie intraveineuse. Cette injection se fera sous anesthésie générale et ne durera au maximum que 5 minutes. Chez certains animaux, un prélèvement de sang sera réalisé 10 semaines après le traitement pour vérifier l’absence du médicament dans le sang périphérique et permettre la sortie des souris traitées de la zone de confinement. Ce prélèvement se fera sous anesthésie gazeuse et durera maximum 5 minutes. Une évaluation des capacités motrices et cognitives sera effectuée chez les souris traitées et certaines souris non traitées à 1, 3 et 6 mois d’âge. Cette évaluation sera composée de huit tests comportementaux pour les souris âgées d’un et 6 mois ou de quatre tests comportementaux pour les souris âgées de 3 mois. La réalisation de huit tests sera étalée sur 10 jours à raison d’un ou deux tests maximum par jour et un repos d’une nuit ou au minimum de 3 heures entre chaque test. Ils seront programmés au mieux pour éviter la fatigue, l’inconfort et le stress chez les souris. L’ensemble des animaux âgés de 6 mois sera euthanasié à la fin des procédures par une méthode règlementaire.

Le modèle de souris sur lequel nous travaillerons est un modèle expérimental qui reproduit une pathologie neurologique s’aggravant avec le vieillissement des souris. Les animaux présentent donc dès 8 semaines un retard de croissance qui entraine par la suite une diminution du poids moyen des animaux (20 pourcent de moins qu’une souris saine). À 30 semaines de vie, ces animaux souffriront d’une atrophie musculaire généralisée, d’une locomotion réduite, d’une démarche anormale, des tremblements, des troubles de la coordination et de l’équilibre ainsi que d’une insuffisance de la mémoire spatiale. Enfin, ils décèdent prématurément entre 35 et 45 semaines de vie ; de ce fait nous ne conserverons aucune souris en vie au-delà de l’âge de 28 semaines. Entre 7 et 10 jours de vie, tous les mâles et une partie des femelles se verra prélever un fragment de l’extrémité de leur queue pour déterminer leur génotype (sain ou malade). Une légère et brève douleur pourrait être ressentie par l’animal lors du prélèvement. Les animaux subiront une injection unique par voie intraveineuse et certains de ces animaux subiront aussi un prélèvement de sang. Ces deux gestes seront réalisés sous anesthésie gazeuse et ne dureront que 5 minutes et ils pourraient entrainer, au site d’injection ou de prélèvement, de la douleur, de l’inconfort et plus rarement, une inflammation ou un saignement. En outre, l’anesthésie gazeuse présente des risques associés (arrêt respiratoire, hypothermie). Une évaluation des capacités motrices et cognitives sera effectuée chez les souris traitées et certaines souris non traitées à 1, 3 et 6 mois d’âge. Cette évaluation sera composée de huit tests comportementaux pour les souris âgées d’un et 6 mois ou de quatre tests comportementaux pour les souris âgées de 3 mois. La réalisation de huit tests sera étalée sur 10 jours à raison d’un ou deux tests maximum par jour et un repos d’une nuit ou au minimum de 3 heures entre chaque test. Ils seront programmés au mieux pour éviter la fatigue, l’inconfort et le stress chez les souris. Malgré les précautions prises, la réalisation de ces tests pourrait diminuer le bien-être animal de par leur fréquente manipulation mais aussi de la fatigue générée.

Tous les animaux seront euthanasiés à la fin du projet ; ils seront alors âgés de 6 mois. La majorité d’entre eux permettront d’étudier les caractéristiques morphologiques et fonctionnelles des cervelets et des cerveaux grâce aux expériences d’histologie, biochimie et biologie moléculaire. L’autre partie correspond aux animaux reproducteurs qui seront euthanasiés à la fin de leur période d’accouplement (lorsqu’ils seront âgés de 6 mois). De plus, quelques animaux sains correspondent à un surplus de production nécessaire pour l’obtention du bon nombre des souris malades à traiter avec le vecteur médicament. Certains de ces souris pourraient remplacer des souris engagées dans la procédure 2 mais perdues précocement, ou pourraient être testées pour l’optimisation des techniques. Enfin, certaines de ces souris pourraient être cédées à la plateforme pour être utilisées par d’autres équipes ou pour des projets de formation.

Le modèle de souris sur lequel nous allons travailler est particulièrement adapté à notre projet de recherche puisqu’il reproduit fidèlement une maladie neurologique héréditaire chez l’Homme qui est associée au dysfonctionnement des structures cellulaires responsables de la production d’énergie, les mitochondries. Nous travaillerons uniquement sur les mâles car la mutation génétique responsable de la pathologie est moins stable chez les femelles. Toutes les souris engagées dans le projet proviendront de notre propre élevage. Les animaux impliqués dans le maintien de la lignée seront mis en accouplement à l’âge de 2 mois jusqu’à l’âge de 6 mois (début des symptômes chez les mâles reproducteurs). Entre 7 et 10 jours de vie, l’ensemble des animaux se verra prélevé un millimètre de l’extrémité de leur queue pour identifier leur génotype. Celui-ci nous permettra de sélectionner les femelles reproductrices (Wild-type), les mâles sains (Wild-type) et les mâles qui développeront la maladie à 6 mois d’âge. Une proportion de ces derniers servira à la reproduction et l’autre partie sera testée avec le gène médicament. Les souris mâles asymptomatiques et les mâles qui développeront la maladie à partir de 6 mois d’âge seront traitées à l’âge de 26 ou 28 jours afin d’optimiser le bénéfice potentiel de la thérapie génique qui permettrait, si efficace, une protection des neurones. En effet, la maladie débute à 8 semaines d’âge, donc nous interviendrons avec la thérapie génique précocement afin de prévenir la dégénérescence neuronale grâce à la protection de la fonction mitochondriale.