Axe de recherche et objectifs de l'équipe

Notre hypothèse de travail est que les dysfonctionnements neuronaux et la mort cellulaire survenant dans de nombreuses maladies neurodégénératives proviennent non seulement de déficiences intrinsèques aux neurones, mais également de la convergence de dysfonctionnements et de dommages développés dans plusieurs types de cellules et dans des zones spécifiques du cerveau. Cela inclut les interactions synaptiques entre les neurones les plus vulnérables au sein des réseaux neuronaux (par exemple, les neurones striataux et corticaux dans la maladie de Huntington), ainsi que les interactions fonctionnelles entre ces neurones et les cellules gliales voisines telles que les astrocytes ou la microglie. Afin d'interroger le rôle respectif de populations cellulaires spécifiques, nous développons des modèles innovants in cellulo (cultures neurales primaires de rongeurs et cellules souches pluripotentes induites humaines (iPS)) et in vivo (rongeurs et primates non-humains avec l'équipe 6) des maladies de Parkinson et d'Alzheimer à l'aide de vecteurs viraux. En parallèle, nous utilisons les ressources biologiques, les outils et les modèles créés pour concevoir, développer et évaluer de nouvelles biothérapies incluant notamment des approches de thérapie génique et cellulaire substitutive. Globalement, nous visons à :

1. Découvrir les bases moléculaires de la vulnérabilité régionale dans les maladies neurodégénératives en (1) décryptant les voies moléculaires intrinsèques à la cellule responsables de la vulnérabilité de neurones spécifiques ; (2) identifiant les déterminants de la modulation dépendante de l'activité synaptique de l'homéostasie des neurones striataux ; (3) déterminant les propriétés de propagation et les conséquences fonctionnelles des protéines tau, alpha-synucléine et mutantes-HTT mal repliées et agrégées.
2. Élucider le rôle des interactions neurone-glie au cours de la neurodégénérescence. Nous posons pour cela les questions suivantes : comment les dysfonctionnements des astrocytes contribuent-ils à la vulnérabilité neuronale dans la MH ? Quelle est la contribution des échanges métaboliques astrocyte-neurone dans la MA ? Quel rôle joue la microglie dans la propagation des espèces Tau pathologiques ?
3. Concevoir et évaluer les biothérapies de demain pour les maladies neurodégénératives. Pour cela, nous voulons (1) mettre en place des modèles in vivo innovants de MN pour progresser vers de meilleurs diagnostics et thérapies ; (2) améliorer la livraison et la biodistribution du vecteur AAV pour le ciblage du SNC ; (3) développer des biothérapies pour cibler des gènes mutants comme la Huntingtine ; et (4) amener les cellules hPSC vers une application clinique pour la maladie de Huntington

Vous trouverez ci-dessous le résumé de deux projets de recherche en cours dans l'équipe.

Le rôle des cellules gliales dans les tauopathies

Les tauopathies comme la maladie d'Alzheimer sont caractérisées par l'accumulation progressive de formes anormales de la protéine Tau dans le cerveau. Le plus souvent, les agrégats de Tau se trouvent dans les neurones, mais dans certaines tauopathies, ils sont également détectés dans les astrocytes. Pourtant, leur origine et les conséquences de leur accumulation sont inconnues.

En collaboration avec l'Université de Lille, nous avons développé sur des rongeurs des modèles de tauopathies sur-exprimant des variantes de Tau avec une nette propension à s'agréger. Nous avons montré que la pathologie Tau astrocytaire peut être secondaire à une pathologie neuronale. En utilisant de nouveaux outils basés sur le transfert de gènes, nous avons également démontré un transfert de Tau entre les neurones et les astrocytes. Nous avons trouvé une toxicité sévère des formes hyperphosphorylées solubles de Tau pour des populations spécifiques d'astrocytes. Nos données suggèrent que les astrocytes ne sont pas de simples spectateurs de la pathologie neuronale et que la pathologie Tau dans les astrocytes peut contribuer de manière significative aux symptômes cliniques.

    Figure 1 : Notre hypothèse de travail est basée sur l'échange bidirectionnel de protéine Tau pathologique entre les neurones et les astrocytes (à gauche). Image confocale montrant la présence de Tau hyperphosphorylée (AT100 en rouge) dans les neurones et dans un astrocyte (GFAP en vert, flèche blanche) chez la souris Thy-Tau22 de 18 mois (à droite).

Avec les astrocytes, les cellules microgliales sont impliquées dans la réponse neuro-inflammatoire à la tauopathie. Les variants de TREM2, un récepteur de surface cellulaire exprimé par la microglie, confèrent un risque de développer la maladie d'Alzheimer comparable à l'allèle ε4 du gène APOE. Cela suggère qu'en plus de répondre au processus pathologique, ces cellules gliales peuvent en fait jouer un rôle clé dans l'émergence de la maladie. Nous avons étudié l'impact du déficit en TREM2 sur la sévérité de la tauopathie dans la lignée transgénique THY-Tau22, un modèle de tauopathie bien caractérisé. Nous avons trouvé une augmentation de la pathologie chez les souris déficientes en TREM2. Cette exacerbation de la pathologie était associée à une réduction de l'activation microgliale indiquée par des caractéristiques morphologiques typiques et une expression altérée de marqueurs spécifiques. Notre étude confirme qu'un défaut de signalisation microgliale TREM2 entraîne une augmentation de la tauopathie neuronale.

Figure 2 : Immuno-marquage AT100 montrant l'augmentation de l'accumulation de tauopathie dans la couche CA1 de l'hippocampe chez des souris Tau22 de 12 mois déficientes en Trem2 (Vautheny et al., Neurobiology of Disease 2021)

Impact de la répression de l'expression du gène Huntingtin (HTT) au niveau de la synapse et dans l'astrocyte humain

La répression ou l'inactivation totale de la Huntingtine mutante (mut-HTT) sont probablement les deux voies les plus incontestées et les plus directes pour réduire les symptômes de la maladie de Huntington et pourraient à l'avenir guérir les patients. Au-delà des problèmes liés à l'administration et au coût de telles thérapies, la question des conséquences de l'abaissement concomitant ou de l'inactivation complète des isoformes HTT de type sauvage (wt) n'a pas encore été correctement abordée. En effet, il a été montré que wt-HTT a un rôle crucial dans les fonctions des cellules cérébrales. La répression ou l'inactivation de l'allèle wt HTT peut ainsi être préjudiciable. Nous travaillons sur ce sujet en utilisant un modèle « in cellulo » de la synapse tripartite cortico-striatale reconstruite avec des cellules souches pluripotentes humaines (hPSCs). Nous pensons que les modèles cellulaires basés sur les hPSC d'interactions neurone-neurone et neurone-astrocyte au niveau de la synapse offrent des perspectives remarquables pour l'étude de la protéine HTT. Nous concentrons en particulier nos travaux sur l'étude des fonctions astrocytaires wt-HTT et mut-HTT et leurs modulations par des traitements de répression / d'édition du gène HTT au niveau de la synapse.

​Membres de l'équipe

Chercheurs

• Alexis BEMELMANS (Chercheur CEA) // ORCID  0000-0001-7605-5225
• Gilles BONVENTO (DR2 INSERM) // ORCID 0000-0002-2886-4228
• Emmanuel BROUILLET (DR1 CNRS) // ORCID 0000-0001-6322-7403
• Karine CAMBON (Chercheur CEA) // ORCID 0000-0001-9263-4366
• Géraldine LIOT (MCU Univ.Paris-Saclay) // ORCID 0000-0002-4784-7693
• Anselme PERRIER (DR2 INSERM) // ORCID 0000-0001-7915-1968
  

Ingénieurs/techniciens

• Gwennaëlle AUREGAN (Tech. CEA)
• Noëlle  DUFOUR  (Ing. CEA)
• Donya  EL AKROUTI  (Ing. CEA)
• Marie-Claude GAILLARD  (Ing Cherch. CEA)
• Charlène JOSEPHINE  (Tech. CEA)
• Julien MITJA  (Tech. CEA)

Anciens membres

Technicien

• Mylene Gaudin

Post-docs

• Morgane Louessard
  
• Laura Garcia-Gonzalez
• Pierrick Jégo
• Emilie Hangen
• Anne Rocher
• Emilie Faivre
  

Étudiants - doctorants

• Anastasie Maté de Gérando
• Marie d'Orange 
• Charlotte Duwat
• Audrey Vautheny
• Séverine Maire
• Pierre-Antoine Vigneron
• Marianne Maugard
• Juliette Le Douce
• Mathilde Faideau
• Noémie Cresto
• Camille Gardier
• Francesco Gubinelli
• Laurie Galvan
• Laetitia Francelle
• Lucie de Longprez
• Fanny Lebourg