Système nerveux

860 souris vont être utilisées, toutes tuées à l'issue, dans des procédures impliquant un niveau de souffrance modéré. Elles subissent une ou deux chirurgies cérébrales d'environ une heure sous anesthésie, puis sont mises à mort deux à trois semaines plus tard pour prélever leur cerveau, afin d'étudier les circuits entre le télencéphale basal et le bulbe olfactif. Le porteur décrit une perte de poids et une gêne liée aux sutures dans les jours suivant la chirurgie. Il reconnaît ne pouvoir prévoir le nombre d'expériences ni fixer une hypothèse statistique et relie ce travail exploratoire à un possible signe précoce de la maladie d'Alzheimer.

Objectifs

Des neurones localisés dans les noyaux cholinergiques du télencéphale basal projettent dans le bulbe olfactif, le premier relai de traitement de l’information sensorielle olfactive dans le cerveau. Ces neurones auraient pour fonction de moduler l’activité du bulbe olfactif, et donc les performances olfactives, en fonction du contexte comportemental (par exemple les conditions d’attention, de stress ou d’éveil) ou métabolique (par exemple l’état de satiété) de l’animal. Cependant, les projections en provenance du télencéphale basal sont massives et diverses et toutes leurs cibles et actions dans la bulbe olfactif n'ont pas été caractérisées. Il y a en outre dans le télencéphale basal plusieurs populations de neurones cholinergiques ou GABAergiques et chacune a probablement des cibles spécifiques dans le bulbe olfactif. Les objectifs de ce projet sont : 1) identifier les sous-populations de neurones du télencéphale basal qui projettent dans le bulbe olfactif, 2) déterminer leurs cibles dans le bulbe olfactif, 3) évaluer l’impact de cette innervation neuromodulatrice sur l’activité du bulbe olfactif.

Bénéfices attendus

Les voies de neuromodulation des circuits olfactifs et les conditions de leur mise en jeu in vivo ont été peu étudiées. Pourtant, la modulation de l’odorat en fonction du contexte comportemental et physiologique de l’animal a une importance considérable dans la vie des animaux qui dépendent de leur odorat pour survivre. Chez l’homme, la récente épidémie de Covid nous a rappelé combien les troubles de l'olfaction peuvent affecter la vie quotidienne des patients. Par ailleurs, les troubles de l’olfaction sont parmi les premiers symptômes de la maladie d’Alzheimer et d'autres neuropathologies dégénératives, apparaissant des années avant les symptômes cognitifs. Le lien entre odorat et Alzheimer n’est pourtant pas clairement établi. Il y a en revanche un consensus sur le fait que les voies neuromodulatrices cholinergiques dégénèrent précocement dans la maladie d’Alzheimer. Décrire chez l’animal l’organisation et l’influence des noyaux cholinergiques sur les circuits olfactifs devrait renforcer l’idée que les troubles olfactifs chez l’homme doivent être considérés comme un signe précoce annonciateur d’une possible maladie neurodégénérative.

Procédures

Les animaux subiront une intervention chirurgicale, d'une durée d'environ 1 h, ou deux interventions chirurgicales à deux semaines d'intervalle d'une durée d'environ 1 h chacune. Chaque chirurgie sera réalisée sous anesthésie générale et analgésie profonde.

Impact sur les animaux

Les chirurgies entrainent inévitablement un stress et éventuellement des douleurs chez la souris, même si tout est mis en œuvre au moment de la chirurgie pour les réduire. Une perte de poids est souvent constatée les jours suivant la chirurgie mais l’animal récupère son poids initial en 3-4 jours. Les fils de suture peuvent aussi entrainer une gêne ou des démangeaisons qui poussent l’animal à se gratter et, très rarement, à endommager sa cicatrice. Cette gêne disparait également en quelques jours.

Devenir

Tous les animaux entrant en procédure sont mis à mort 2 à 3 semaines après le début de la procédure afin de prélever leur cerveau. Des expériences d'électrophysiologie seront alors réalisées sur des tranches de bulbe olfactif ou des expériences d'immunohistochimie et/ou microscopie sur des tranches de télencéphale basal ou de bulbe olfactif.

Remplacement

Les expériences de ce projet ont pour but d'étudier les voies de modulation des circuits olfactifs chez la souris. Ces voies impliquent des aires cérébrales éloignées les une des autres qui sont semblables à celles trouvées dans le cerveau humain. Ces circuits sont impossibles à reconstituer avec des techniques de remplacement de type culture cellulaire et doivent être intacts pour pouvoir être étudiéś. Ils sont impossibles à modéliser numériquement car leur organisation est encore méconnue. Nous utiliserons des souris car c'est dans cette espèce que les outils d'ingénierie génétiques sont les plus développés. De plus, de nombreux résultats démontrent que les découvertes chez la souris peuvent être utilisées comme outils précliniques chez l'homme.

Réduction

Le nombre d’animaux prévu pour ce projet a été déterminé sur la base de nos études antérieures menées sur le même sujet, avec la même stratégie et les mêmes approches expérimentales. Il s’agit ici de décrire des propriétés de circuits de neurones qui n’ont jamais été étudiées auparavant. Une série de tests expérimentaux sera réalisée pour caractériser dans le détail les propriétés et fonctions de ces circuits neuronaux. La nature et le nombre de ces expériences ne peuvent pas être anticipée car ils dépendront de l'originalité de ce qui sera découvert. Par conséquent, une étude statistique prédictive pour estimer le nombre d’animaux qui sera nécessaire pour tester une hypothèse énoncée à l’avance n’est pas envisageable ici. Notre stratégie pour réduire le nombre d’animaux est: (i) de faire des expériences pilotes sur un petit nombre de souris pour sélectionner des lignées transgéniques d’intérêt (ii) d’analyser les résultats au fur et à mesure et d’arrêter les expériences dès qu’un résultat original a été établi ou observé dans un nombre suffisant de cellules (en général autour de 10), (iii) de baser notre approche expérimentale sur une manipulation sélective de neurones ce qui réduit le nombre d’animaux nécessaires pour identifier et caractériser des circuits synaptiques.

Raffinement

Les animaux sont hébergés dans des animaleries dont le fonctionnement a été conçu pour maximiser le confort et limiter la souffrance des animaux. En particulier, les souris sont hébergées en cohorte, elles font l’objet d’observations régulières et l'enrichissement des cages est systématique (bâton à ronger, matériaux de nidification). Les chirurgies sont réalisées sous anesthésie générale et analgésie pré et post-opératoire, à température stable et contrôlée grâce à un tapis chauffant thermostaté. Les yeux sont protégés avec du gel pendant la chirurgie. L’état de santé des animaux est surveillé quotidiennement après la procédure chirurgicale et des points limites ont été établis permettant de soustraire l'animal à la souffrance.

Choix des espèces

La diversité neuronale est telle dans le cerveau que les souris transgéniques sont nécessaires pour identifier (grâce à des marqueurs fluorescents par exemple) et manipuler (grâce à l’optogénétique par exemple) des populations neuronales spécifiques. Les lignées de souris transgéniques qui seront utilisées dans ce projet permettent toutes ces expériences sur des populations de neurones déterminées. L’utilisation de ces modèles transgéniques simplifie l’interprétation des résultats et permet in fine de réduire le nombre d’animaux utilisés. Animaux utilisé à partir de 3 semaines, c'est à dire assez âgés pour pouvoir être placés sur un appareil stéréotaxique.

340 souris vont être utilisées, toutes tuées à l'issue, dans des procédures impliquant un niveau de souffrance modéré. La plupart subissent une chirurgie stéréotaxique d'injection de virus dans le cerveau ou l'implantation d'une canule cérébrale reliée à une minipompe, complétées par un régime gras, des tests métaboliques, un jeûne de 24 heures et des prélèvements sanguins. Le porteur décrit une inflammation post-chirurgicale possible et l'isolement des souris en cage individuelle pour mesurer la prise alimentaire. Il situe l'intérêt du projet dans la recherche de cibles contre l'obésité, notant que ces médicaments sont "particulièrement intéressants pour l'industrie pharmaceutique", et affirme que cette régulation ne peut s'étudier que chez la souris.

Objectifs

L'homéostasie énergétique se définit comme l'équilibre entre les entrées et les dépenses énergétiques. Les dépenses résultent principalement du métabolisme basal et de l’activité physique, tandis que les apports trouvent leur origine dans l’alimentation. L'organisme doit en permanence recueillir et interpréter des signaux hormonaux, métaboliques et nerveux émis par les tissus périphériques impliqués dans l'utilisation et le stockage de l'énergie (foie, muscle, tissu adipeux). En retour, l'intégration de ces signaux par le cerveau se traduit par la mise en place d'une réponse adaptée au niveau comportemental (manger ou jeûner) et métabolique (production de sucre par le foie et libération de lipides par le tissu adipeux en période de carence, ou bien stockage d'énergie par ces mêmes tissus en période d'abondance). Au niveau du système nerveux central, une région particulière de l'hypothalamus, le noyau arqué (ARC), joue un rôle fondamental dans la signalisation et l'intégration des messages circulants de satiété et de faim. L'ARC contient deux populations neuronales clés dans la régulation du comportement alimentaire : les neurones à Agouti-Related Protein (AgRP) stimulant la prise alimentaire et les neurones à pro-opiomélanocortine (POMC) inhibant la prise alimentaire. Nous avons observé que la prise alimentaire est réduite chez des souris dans lesquelles notre gène d'interêt est invalidé dans les neurones AgRP. Nous voulons maintenant: 1. déterminer les voies de signalisation moléculaires qui sont mises en jeu dans cette population neuronale. 2. Vérifier la réversibilité du phénotype observé chez les souris dont le gène d'intérêt est invalidé. 3. Verifier si la protéine codée par le gène d'intérêt peut être une cible thérapeutique pour le traitement de l'obésité.

Bénéfices attendus

Au cours de la dernière décennie, l'humanité a été confrontée à une épidémie d'obésité et de Diabète de Type 2 (DT2) en rapide augmentation. Le nombre de sujets touchés continue d'augmenter dans les économies de marché établie et de façon encore plus spectaculaire dans les économies émergentes et en développement très peuplées. Le mode de vie sédentaire et la suralimentation expliquent cette propagation épidémique de la maladie. Une approche simple consisterait donc à adapter les habitudes personnelles en conséquence. Malheureusement, cette approche ne fonctionne que pour un petit sous-ensemble de la population, car elle exige une maîtrise de soi très forte et n'est pas suffisante lorsque le diabète à part entière est déjà apparent. Si d'énormes efforts de recherche ont été déployés pour élucider et cibler les pathomécanismes de l'obésité et du DT2, le tableau est encore loin d'être complet. Par conséquent, de nouvelles perspectives de recherche menant à des approches thérapeutiques sont fortement demandées pour prévenir les énormes coûts de santé et les conséquences négatives du mode de vie moderne. Notre étude se concentre sur un rôle potentiel d'un gène d'intérêt dans la régulation neuronale de la prise alimentaire et du comportement alimentaire. Des mutations du gène étudié ont été trouvées dans de nombreuses cohortes de diabétiques DT2. Nos données laissent entrevoir un rôle spécifique de ce gène dans le contrôle de la prise alimentaire, une fonction qui n'a pas été mise en avant jusqu'à présent. Les expériences suggérées sont conçues pour explorer davantage les mécanismes moléculaires reliant notre gène d'intérêt à la prise alimentaire, ce qui sera nécessaire pour déterminer si la protéine codée par ce gène est ou non une nouvelle cible thérapeutique pour le traitement de l'obésité. Par ailleurs, l'utilisation d'inhibiteurs ciblant la famille de notre protéine d'intérêt nous permettra de fournir une première preuve de concept qui déterminera si l'inhibition pharmacologique est effectivement une voie à privilégier. En effet, les médicaments réduisant l'obésité sont particulièrement intéressants pour l'industrie pharmaceutique, notamment en combinaison avec des médicaments qui agissent pour restaurer la fonction cellulaire. Ainsi, notre approche jettera les bases de nouvelles perspectives thérapeutiques pour les patients atteints d'obésité.

Procédures

230 animaux subiront, sous anesthésie générale, une chirurgie stéréotaxique afin d’injecter des adénovirus associés dans une zone particulière du cerveau. La durée de la chirurgie, de l’induction de l’anesthésie au réveil, est 1h – 1h30. Avant et après l'injection de virus, ils seront soumis à des tests métaboliques (1 test par semaine - 4 tests prévus). Pour chaque test ils subiront 4 injections IP (1inj/jour pendant 4 jours - durée 10 sec/inj). 90 souris seront soumises à un régime enrichi en gras qui entrainera une prise de poids. Ces animaux subiront, sous anesthésie générale, l’implantation par chirurgie stereotaxique d’une canule dans une zone particulière du cerveau. La canule est reliée à une minipompe implantée sous la peau du dos au cours de la même chirurgie. 1 semaine avant et 1 mois après la chirurgie, un prélèvement sanguin à la veine temporo mandibulaire (durée : 30-45 sec.) est réalisé sur les animaux vigiles. Par ailleurs, au cours du mois suivant la chirurgie, ces animaux seront soumis à des tests métaboliques (1 test/semaine). Le premier nécessite 1 injection IP ( durée 10 sec) et des prélèvements d’une goutte de sang (2µl - durée 5sec.) à la veine de la queue à des temps post-injection précis. Le 2ième nécessitera 4 injections IP (1 inj/jour - durée 10 sec.)

Impact sur les animaux

La chirurgie stereotaxique est utilisée pour délivrer des vecteurs viraux (adénovirus associés) dans une zone particulière du cerveau. Ces vecteurs permettront l'expression de notre protéine d'intérêt ou de récepteurs particulier dans des populations neuronales spécifiques. La chirurgie pourrait provoquer une réaction inflammatoire locale post-chirurgicale. Différents tests métaboliques sont décrits dans ce projet: Le premier est un test de sensibilité à la ghréline (hormone de la faim) qui, pour habituer les animaux, nécessite une injection IP de NaCl0.9% quotidienne pendant jours sans aucun effet prévu. Le jour du test les animaux subiront une injection IP de ghréline qui stimulera leur appétit. Le deuxième est un test de réalimentation après un jeûne de 24H. L'effet de la mise à jeun sera la stimulation de leur appétit et une perte de poids passagère. Un troisième test est décrit, il s'agit d'un test de tolérance au glucose. Un bolus de glucose est administré par voie IP, ce qui aura pour effet l'élévation de la glycémie (taux de glucose sanguin). La glycémie est mesurée à différents temps pour évaluer la capacité à Les animaux recevront une injection stéréotaxique qui pourra provoquer une inflammation post-chirugie. La procédure pour tester la sensibilité à la ghréline nécessite l'injection quotidienne intrapéritonéale de NaCL 0.9% afin d'habituer les souris avant le jour du test. Le test de réalimentation après un jeûne prolongé nécéssite une mise à jeun des souris pendant 24H. Une diète riche gras pour créer une environement obésogène sera mis en place chez les souris traitées avec l'inhibiteur pharmacologique, ce qui peut creer un inconfort chez les souris. Pour les expériences nécessitant la mesure de la prise alimentaire, les souris seront individualisees dans les cages. La tolérance au glucose nécessite l'injection d'un bolus de glucose qui peut entrainer un inconfort chez la souris.

Devenir

Les animaux seront euthanasiés et leur cerveau sera prélevé pour des études histologiques.

Remplacement

La régulation de l'homéostasie énergétique nécessite la participation de plusieurs organes interdépendants (foie, îlots de Langerhans dans le pancréas, muscles, tissus adipeux, cerveau). Ces mécanismes complexes ne sont présents que dans des organismes complexes tels que la souris.

Réduction

Nous utiliserons un total de 340 animaux. Le nombre d’animaux testés dans chaque expérience nous permettra une comparaison statistique adaptée entre les différents groupes tout en tenant compte des impératifs de réduction. Par ailleurs, toujours par souci de réduction, plusieurs tests métaboliques (avec un temps de récupération adapté pour les animaux) seront réalisées sur les mêmes cohortes de souris.

Raffinement

Les animaux sont hébergés dans des cages avec un enrichissement essentiel pour leur bien-être (Coton + Carton). La litière des animaux est remplacée une fois par semaine. Les animaux sont surveillés par le personnel qualifié tous les jours. Le stress lié aux procédures nécéssitant l'isolement des animaux sera diminué par l'usage de cages transparentes rendant leurs congénères visibles. Aucune douleur ou souffrance n'est attendu dans la plupart des procédures expérimentales utilisées mais l'usage d'anesthésique et d'analgésique sera systématique pour les procédures expérimentales potentiellement douloureuses. L'habituation des souris à l'opérateur aura systématiquement lieu quelques jours avant l'expérience et les différentes expériences seront réalisées par du personnel qualifié afin d’éviter le stress lié à la manipulation des animaux. Les volumes de sang prélevés seront réduits au minimum nécessaire pour les analyses biochimiques et les volumes injectés seront adaptés au poids de chaque animal afin de ne pas induire de stress supplémentaire. Chaque semaine, la prise de poids, la quantité de nourriture sont mesurées permettant ainsi un suivi hebdomadaire des souris. Les animaux seront surveillés quotidiennement pour réduire tout inconfort ou douleur qui se développerait et des points limites seront déterminés pour éviter toute souffrance animale. Tout signe de douleur sera pris en charge en prenant les mesures appropriées en fonction du niveau de douleur observé, après avis vétérinaire. Les injections stéréotaxiques seront réalisées par une personne détentrice d'une formation en chirugie et formé spécifiquement à cet acte chirurgical.

Choix des espèces

Dans le domaine du métabolisme, la souris est un modèle animal déjà validé. D’autre part, l’utilisation des souris se justifie également par l’existence de lignées génétiquement modifiées dans lesquelles le gène codant pour la protéine CaMK1D est invalidé. Les chirurgies stéréotaxiques concernant l'injection des AAVs seront réalisées chez des animaux âgées de 8 semaines, stade auquel toutes les structures cérébrales sont pleinement développées. Les animaux seront nourris avec de la nourriture riche en gras dès l'âge de 5 semaines afin de favoriser une prise de poids optimale (PE3)

960 rats vont être utilisés, tous tués à l'issue, dans des procédures impliquant un niveau de souffrance modéré. Dès l'âge de sept jours, chaque raton subit une chirurgie du cerveau pour léser l'hippocampe, 320 recevant plus tard un implant d'électrodes, puis les animaux sont exposés à l'alcool et isolés durant l'adolescence avant d'être tués pour vérification histologique. Le porteur justifie le rat par l'auto-administration d'alcool, plus difficile à observer chez la souris, et par la reprise d'un modèle déjà utilisé au laboratoire. Il indique utiliser mâles et femelles pour ne pas avoir à éliminer d'animaux surnuméraires.

Objectifs

L'objectif principal de ce projet est d'étudier l'impact à l'adolescence d'expositions précoces aux drogues sur les troubles du comportement et sur la transmission dopaminergique au sein du noyau accumbens dans un modèle animal de schizophrénie. En effet il existe une prévalence élevée de patients atteints de schizophrénie qui présentent un trouble de la consommation d'alcool. Les consommations d'alcool et de cannabis sont fréquentes à l'adolescence aussi bien dans la population générale que chez les sujets qui risquent de présenter la maladie. Nous chercherons donc à étudier le rôle de ces expositions précoces d'alcool et d'agents cannabinoides sur les comportements des animaux modèles de schizophrénie mais également sur la neurotransmission dopaminergique. En effet la dérégulation de ce système de neurotransmission est directement impliquée aussi bien dans les troubles de la consommation d'alcool que dans ceux associés à la schizophrénie. A ce jour, aucune étude ne s'est intéressée aux effets à court terme des expositions précoces aux drogues dans les modèles de schizophrénie.

Bénéfices attendus

Il a déjà été montré que l'exposition précoce à l'alcool durant l'adolescence est nécessaire pour l'observation à l'âge adulte d'une consommation exagérée d'alcool. Néanmoins, nous n'avons pour le moment aucune information concernant la co-exposition avec des agents cannabinoides, drogues très fréquemment consommées par les adolescents et les jeunes adultes atteints de schizophrénie ou non. Grâce à ces expériences, nous pourrons obtenir des données importantes concernant les mécanismes neurobiologiques précoces qui sous-tendent les troubles de la consommation d'alcool dans un modèle pertinent pour l'étude de la schizophrénie. L'aspect neurobiologique de ce projet aidera la communauté scientifique à mieux comprendre l'impact à l'adolescence d'une exposition précoce à des drogues couramment utilisées sur les systèmes dopaminergiques.

Procédures

Tous les animaux du projet (soit 960 ratons mâles et femelles) subiront une chirurgie à l'âge de 7 jours. Cette opération ne dure jamais plus de 20 minutes et se fera sous anesthésie générale et sous anesthésie locale. Par la suite à l'adolescence 320 rats subiront une seconde chirurgie qui ne durera pas plus de 30 minutes. De plus, les animaux auront la possibilité d'avoir accés à de l'alcool (10% à l'adolescence pendant 15 jours et 20% pendant 4 semaines à l'âge adulte). Cette exposition à l'alcool se fera de manière volontaire par les animaux puisqu'ils seront soumis à un protocole de libre choix à 2 bouteilles, une bouteille contenant la solution d'alcool et une bouteille d'eau.

Impact sur les animaux

Douleurs post-opératoires de palier 1 à 2 à J7 suite à la lésion de l'hippocampe ventral par chirurgie stéréotaxique. Durée attendue : 2-3 jours. Douleurs post-opératoires de palier 1 à 2 à environ J50 - J60 suite à l'implantation d'électrodes d'enregistrement par chirurgie stéréotaxique. Durée attendue : 2-3 jours. Isolement des animaux pendant la période d'exposition à l'alcool à l'adolescence pendant 14 jours.

Devenir

Les procédures initiales ne sont que des étapes qui nous permettent de générer nos animaux modèles de comorbidité. Tous les animaux issus de ces procédures seront répartis en différents groupes expérimentaux avant d'être euthanasiés en fin de protocole pour vérification histologiques des sites de lésions et d'implantations.

Remplacement

Les études de mécanismes complexes de maladies psychiatriques comme la schizophrénie ou l'addiction ne sont pour le moment pas remplaçables par des méthodes in vitro ou in sillico. Les mécanismes impliqués sont trop complexes pour pouvoir être simplifiés à ce jour. Le modèle que nous avons choisi fait partie des modèles les plus utilisés et les plus complets avec une validité de ressemblance, une validité de construction et une validité de prédiction très bien décrites dans la littérature.

Réduction

Le nombre d'animaux nécessaire à chacune des expériences a été estimé sur la base de nos précédentes expériences utilisant le même modèle NVHL en prenant en compte la variabilité interindividuelle observée aussi bien dans les modèles animaux que dans les différents paradigmes comportementaux utilisés. Nous utiliserons au maximum les mêmes animaux entre les différentes procédures pour limiter le nombre total d'animaux utilisés dans ce projet. De plus nous réaliserons les expériences aussi bien sur les mâles que sur les femelles pour ne pas avoir à éliminer les animaux surnuméraires mais également, dans le but d'une réduction, ne pas à avoir à refaire tout ce projet ultérieurement uniquement sur les femelles (et donc euthanasier les ratons mâles surnuméraires à ce moment).

Raffinement

Pour chacune des procédures nous avons mis en place un série de points limites ainsi qu'une grille de scoring du bien-être animal. Une action thérapeutique adaptée sera déclenchée dès q'un point limite sera atteint. « En ce qui concerne les conditions d'hébergement, les animaux seront stabulés en groupe tout au long du projet sauf pendant les périodes d'évaluation de la consommation d'alcool. Ces périodes seront limitées au strict minimum nécessaire et l'isolement sera contrebalancé par une manipulation accrue par les expérimentateurs (enrichissement inter-espèce).

Choix des espèces

Le modèle NVHL est un modèle décrit chez le rat. Pour poursuivre nos études nous devons utiliser le même modèle que précédemment. Le rat est un modèle idéal pour l'étude de la comorbidité troubles de la consommation d'alcool/schizophrénie en particulier en ce qui concerne certaines études comportementales comme l'auto-administration d'alcool qu'il est plus difficile d'observer chez les souris. Les animaux seront utilisés tout au long de leur vie. Le modèle de schizophrénie que nous allons utiliser nécessite une lésion de l'hippocampe ventral au 7ème jour de vie. Tous les petits seront ensuite soumis à la procédure d'exposition aux drogues pendant la période d'adolescence (entre les jours 28 et 50). Les rats seront conservés jusqu'à l'âge adulte pour évaluer les effets d'une telle préexposition précoce sur les comportements et la neurobiologie à l'âge adulte.

576 rats vont être utilisés, tous tués à l'issue, dans des procédures impliquant un niveau de souffrance modéré. Ils reçoivent un composé par gavage oral répété pendant 13 à 19 jours, 180 d'entre eux subissant en plus une perfusion intracardiaque sous anesthésie sans réveil, et tous sont tués pour analyser leur cerveau et leurs tissus. Le porteur mesure les capacités d'apprentissage par le test de la piscine de Morris et justifie le rat par l'absence de modèle spontané de trisomie 21 et sa proximité génétique avec l'espèce humaine. Le bénéfice annoncé, déplacer de quelques points le quotient intellectuel des patients, reste un objectif lointain avant tout passage en clinique.

Objectifs

Ce syndrome touche 1 nouveau-né pour 600-800 naissances et représente environ un tiers des déficiences intellectuelles chez les enfants d’âge scolaire. C’est la forme la plus fréquente de retard mental, qui est également associée à un large panel de dysmorphies ou malformations. Parmi les gènes candidats à l’apparition de ces symptômes, un gène présent sur le chromosome 21 humain et donc en 3 copies chez les sujets porteurs de la T21, est aujourd’hui une des cibles privilégiées pour le développement de traitements thérapeutiques. Les études de ce gène chez la souris ont démontré son implication dans le développement crânio-facial et le développement et la maturation du cerveau. En effet, les souris ayant une copie supplémentaire de ce gène présentent des anomalies crânio-faciales ainsi qu’une une altération des capacités d’apprentissage et un déficit de la mémoire similaires à celles observée dans la T21. Des collaborateurs proposent des composés ayant la propriété d’améliorer les capacités cognitives qui sont altérées dans cette pathologie en ciblant l’activité de notre protéine d’intérêt. Durant ce projet, nous souhaitons tester l’un de ces composés sur nos modèles rats de la trisomie 21. Ce composé est synthétisé et testé pour l’ADME pharmacologique (administration, distribution, métabolisation et excrétion) par nos collaborateurs. Divers dérivés de ce composé ont été préalablement testés au sein de notre laboratoire sur des modèles souris de la T21, permettant ainsi une amélioration des fonctions cognitives de ce modèle sans aucun effet toxique observé. Sachant que le métabolisme des souris et des rats sont différents, ici nous souhaitons optimiser le traitement sur le modèle rat. Dans ce projet, le composé testé sera administré par notre équipe à des rats modèles de la T21 et à des rats contrôles dans le but de s’assurer qu’ils n’ont pas d’effet toxique. Les rats feront l’objet d’une étude comportementale afin de détecter une amélioration de leurs performances cognitives. Le composé sera testé à différents temps et différentes doses afin d’identifier la durée et la dose minimales nécessaires pour obtenir un rétablissement des fonctions cognitives des rats trisomiques.

Bénéfices attendus

Arriver à déplacer de quelques dizaines de points le quotient intellectuel des patients atteints de la Trisomie 21 leur permettrait d’avoir une vie plus autonome et socialement intégrée et constituerait un progrès très important pour la qualité de vie des patients et de leur entourage. L’objectif de la recherche sur la trisomie 21 est donc de mettre au point un traitement améliorant les fonctions intellectuelles des patients. De plus, dans le cadre de cette étude, réussir à reproduire sur le modèle rat, les résultats obtenus sur les modèles souris de la Trisomie 21, nous permettra une généralisation des résultats avant le passage en phase clinique du candidat-médicament.

Procédures

Dans le cadre de cette étude, un gavage oral répété sera réalisé sur un total de 576 rats. Ce gavage sera effectué sur un même rat soit 19 fois (étude sur 19 jours), soit 13 fois (étude sur 13 jours). La réalisation du gavage prend 1 à 2min pour un rat par jour. De plus, au cours de ce projet nous réaliserons une perfusion par voie intracardiaque sur 180 rats des 576. La procédure qui est sans réveil sera réalisée une seule fois par rat et elle dure 30min par rat. Pour cela il nous faudra anesthésier l’animal via une administration d’anesthésiant par voie intrapéritonéale. Ce geste nécessaire pour réaliser l’exsanguination de l’animal sous anesthésie générale profonde est réalisé en 1 à 2min par rat.

Impact sur les animaux

Dans le cadre de cette étude, un gavage oral répété sera réalisé sur un total de 576 rats. Ce gavage sera effectué sur un même rat soit 19 fois (étude sur 19 jours), soit 13 fois (étude sur 13 jours). La réalisation du gavage prend 1 à 2min pour un rat par jour. Ce geste technique peut entraîner un stress non négligeable, une irritation de l’œsophage et un risque de fausse route existe. De plus, au cours de ce projet nous réaliserons une perfusion par voie intracardiaque sur 180 rats des 576. La procédure qui est sans réveil sera réalisée une seule fois par rat et elle dure 30min par rat. Pour cela il nous faudra anesthésier l’animal via une administration d'anesthésiant par voie intrapéritonéale qui réalisé en 1 à 2min par rat. L’anesthésie de l’animal via l’introduction d’une aiguille par voie intrapéritonéale peut entraîner un stress à l’animal.

Devenir

A l’issu de la procédure expérimentale : Gavage oral d’inhibiteurs de Dyrk1A dans des rats modèles de la trisomie 21, l’ensemble des 576 rats seront mis à mort. 180 rats sont mis à mort afin de réaliser des analyses histologiques sur le cerveau des animaux, et les 396 autres rats seront euthanasiés selon les bonnes pratiques de laboratoires, les tissus prélevés sur ces derniers seront utilisés pour des analyses moléculaires.

Remplacement

Le rat est une espèce physiologiquement et génétiquement proche de l’Homme. A ce jour, l’anatomie, la physiologie et la génétique de cette espèce sont bien connues. Son génome aisément manipulable permet de multiples applications telles que la création de modèles de pathologies humaines. De plus, la nécessité d’utiliser des animaux transgéniques est liée à l’absence de tout modèle spontané de trisomie 21 dans une espèce mammifère autre que l’Homme. De plus, l’intérêt d’utiliser le rat est de pouvoir comparer les résultats obtenus à ceux de la souris. En effet, comme on le sait, il peut exister des différences inter-espèces et il est donc important de comparer les résultats entre deux organismes-modèles. Si des résultats similaires sont obtenus entre les deux espèces, cela permettra une généralisation de ces résultats.

Réduction

Pour ces tests, des rats mâles et femelles seront utilisés à partir de 10-12 semaines, âge équivalent au jeune adulte. Nous utiliserons et testerons le composé sur les deux sexes afin de vérifier qu’il n’y a pas de différence entre mâle et femelle. De plus, le traitement sera aussi effectué sur des animaux contrôles dans le but de vérifier qu’il n’y ait pas d’effet toxique. La variabilité inter-individu observée dans les études comportementales nécessite de tester 12 à 16 animaux par groupe pour avoir un résultat significatif avec une puissance statistique suffisante. C’est pourquoi nos expériences sont construites sur des groupes de 16 mâles et 16 femelles au maximum par condition. Il nous faudra donc un total de 576 rats dans ce projet (16 rats x 6 groupes x 2 sexes x 3 conditions = 576 rats).

Raffinement

Préalablement aux études des analyses de pré-tox ont été réalisé par nos collaborateurs, pour s’assurer que les molécules n’ont pas d’impact majeur sur les animaux après administration. L’administration des composés sera réalisée par gavage oral durant 19 et 13 jours continus comme expliqué précédemment. Au cours du traitement nous procéderons aux études du comportement : le test de la piscine de Morris. Durant toute l’étude, les animaux feront l’objet d’un contrôle journalier pour vérifier leur bien-être. Les animaux présentant des signes de douleurs seront évalués suivant l’échelle de l’expression faciale et seront exclus des tests puis soignés ou euthanasiés selon la situation et l’avis du vétérinaire. Concernant la procédure de perfusion intracardiaque, elle est effectuée sous anesthésie générale pour éviter tout stress et limiter la douleur de l'animal.

Choix des espèces

La compréhension des mécanismes physiologiques et moléculaires ainsi que des origines développementales des pathologies génétiques associées à des retards mentaux requière l’étude d’un organisme vivant dans son intégrité et sa globalité et il n’existe donc pas de méthode autre que l’étude in vivo. N’existant pas de modèle spontané de la trisomie 21, le rat avec la souris, sont les seules espèces physiologiquement et génétiquement proches de l’Homme dans lesquelles nous pouvons réaliser les manipulations génétiques pour obtenir ces modèles de pathologies humaines. De plus, les études dans le modèle humain sont limitées tandis que ces modèles permettent d’accéder à tous les tissus et à toutes les étapes lors de l’optimisation de composé pharmacologique. En outre, le génome du rat étant aisément manipulable, permet donc de recréer les modifications génétiques qui sont à la base du syndrome de Down. De plus, l’intérêt d’utiliser le rat est de pouvoir comparer les résultats obtenus à ceux de la souris. En effet, sachant qu’il existe des différences inter-espèces il est intéressant de comparer les résultats entre les modèles souris et rats afin de généraliser les résultats si ces derniers sont similaires. Enfin, le rat ayant des capacités d’apprentissage plus performantes que la souris, il est un meilleur modèle pour l’étude des déficiences cognitives associées à la trisomie 21. Les rats seront étudiés à partir de l’âge adulte, c’est-à-dire 10-12 semaines, car c’est l’âge auquel le comportement exploratoire et les aptitudes d’apprentissage et de mémorisation sont présents.