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Les métaux lourds au secours de l’immunité

Un nouveau mécanisme de défense naturelle contre les infections vient d’être mis en évidence par une équipe internationale menée par des chercheurs du CNRS, de l’Inserm, de l’Institut Pasteur et de l’Université Paul Sabatier – Toulouse III (1). Le zinc, métal lourd toxique à forte dose, est utilisé par les cellules du système immunitaire pour éliminer les microbes tels que le bacille de la tuberculose ou E. coli.Publiée dans la revue Cell Host & Microbe le 14 septembre 2011, cette découverte permet d’envisager de nouvelles stratégies thérapeutiques et de tester de nouveaux candidats-vaccins.

L’une des stratégies bien connues de notre système immunitaire pour détruire les microbes consiste à les priver de nutriments essentiels comme les métaux lourds, notamment le fer. Pour la première fois, une étude internationale menée par les chercheurs de l’Institut de pharmacologie et de biologie structurale (CNRS/Université Paul Sabatier – Toulouse III), du Centre d’immunologie de Marseille Luminy (CNRS/Inserm/Université de la Méditerranée) et de l’Institut Pasteur, révèle que l’inverse est également vrai : les cellules immunitaires sont capables de mobiliser des réserves de métaux lourds, en particulier de zinc, pour intoxiquer les microbes. Ce phénomène vient d’être mis en évidence pour Mycobacterium tuberculosis, l’agent de la tuberculose chez l’homme qui fait près de 2 millions de morts par an dans le monde ainsi que pour Escherichia coli dont certaines souches sont responsables d’infections graves du système digestif et urinaire. Dans les cellules du système immunitaire (les macrophages -2) ayant ingéré M. tuberculosis ou E. coli, les chercheurs ont constaté une accumulation rapide et persistante de zinc. Ils ont également observé la production de nombreuses protéines à la surface des microbes dont la fonction est de « pomper », c’est-à-dire d’éliminer les métaux lourds à l’extérieur de ces organismes. Dans les macrophages, les microbes sont donc exposés à des quantités potentiellement toxiques de zinc et ils tentent de se protéger contre une intoxication en

Cette figure représente un bacille tuberculeux (M. tuberculosis) dans un macrophage. Le compartiment dans lequel réside le bacille (vacuole appelée phagosome) est riche en zinc, que l'on voit sous forme de petits dépôts noirs (sulfate de zinc) en microscopie électronique après traitement spécifique. Copyright Chantal de Chastellier

© Chantal de Chastellier

Cette figure représente un bacille tuberculeux (M. tuberculosis) dans un macrophage. Le compartiment dans lequel réside le bacille (vacuole appelée phagosome) est riche en zinc, que l’on voit sous forme de petits dépôts noirs (sulfate de zinc) en microscopie électronique après traitement spécifique.

synthétisant ces pompes. Preuve en est qu’en inactivant par génie génétique ces pompes, M. tuberculosis et E. coli deviennent encore plus sensibles à la destruction par les macrophages.

Le zinc, bien que toxique quand il est ingéré en trop grande quantité, est donc bénéfique pour le système immunitaire, en particulier parce qu’il est utilisé par les macrophages pour intoxiquer les microbes. Des mécanismes équivalents pourraient exister pour d’autres métaux lourds comme le cuivre. Ces résultats ont des implications cliniques très concrètes. Ils permettent notamment de reposer la question de la complémentation nutritionnelle dans le traitement des malades (ex. par le zinc). Ils pourraient aussi être à l’origine de nouveaux antibiotiques qui bloqueraient l’action des pompes microbiennes à métaux ou de nouvelles souches vaccinales atténuées qui sont actuellement déjà testées comme candidats vaccins.

Note

(1) Ces chercheurs travaillent à l’Institut de pharmacologie et de biologie structurale (CNRS/Université Paul Sabatier – Toulouse III), au Centre d’immunologie de Marseille Luminy (CNRS/Inserm/Université de la Méditerranée) et au sein de l’Unité de génétique mycobactérienne de l’Institut Pasteur.
(2) Un macrophage est une cellule du système immunitaire. Il est localisé dans les tissus pouvant être soumis à des infections ou à une accumulation de débris à éliminer (foie, poumons, ganglions lymphatiques, rate…) et possède notamment une fonction de phagocytose, à savoir la capacité d’ingérer des bactéries, levures, débris cellulaires… (la vésicule intracellulaire formée lors de la phagocytose est appelée phagosome et sera dirigée vers le lysosome pour sa dégradation complète).

Premier modèle humain pour la maladie neurodégénérative de Sanfilippo

Des chercheurs de l’Institut Pasteur et de l’Inserm, en collaboration avec le Centre de Biologie Cellulaire de Lyon, ont obtenu pour la première fois un modèle humain de neurone pour la maladie pédiatrique de Sanfilippo, un trouble neurodégénératif incurable. Ce modèle est un outil de choix pour étudier les mécanismes cellulaires à l’origine de la maladie et ainsi identifier des axes thérapeutiques. Le procédé employé, qui fait intervenir des cellules souches, pourra aussi être appliqué pour modéliser d’autres maladies, en particulier neurodégénératives. Ce travail fait l’objet d’une publication dans la revue Human Molecular Genetics.

La maladie de Sanfilippo, ou mucopolysaccharidose de type III, est la conséquence d’une accumulation de molécules appelées mucopolysaccharides dans plusieurs tissus de l’organisme. En raison d’une mutation génétique, le corps ne parvient plus à les éliminer et leur présence devient toxique, en particulier pour le cerveau. Les enfants atteints accusent un retard mental important qui se manifeste vers 3 ou 4 ans et meurent prématurément avant l’âge de 30 ans. Malheureusement, aucun traitement ne guérit le syndrome de Sanfilippo.

Jusqu’à présent, pour étudier la pathologie, seuls des modèles murins de neurones étaient disponibles : l’accès aux neurones des malades était impossible. L’équipe de Delphine Bohl, chercheuse au sein de l’unité mixte Institut Pasteur et Inserm Rétrovirus & Transfert Génétique, a obtenu pour la première fois un modèle humain de neurone pour la maladie de Sanfilippo. Ce dernier constitue un outil précieux pour lever les zones d’ombres qui subsistent sur les mécanismes qui conduisent aux troubles, mais aussi pour tester d’éventuels traitements.

Cellules souches pluripotentes induites (appelée iPS) préparées à partir de fibroblastes d’un volontaire sain (A) et d’un patient atteint de la maladie de Sanfilippo B (B).

Pour obtenir ce modèle, Delphine Bohl et ses collègues ont travaillé à partir de cellules de peau prélevées chez des patients atteints par la maladie de Sanfilippo. Dans un premier temps, ces cellules ont été reprogrammées en cellules souches dites « pluripotentes induites », capables de se différencier en n’importe quel type cellulaire de l’organisme. Les cellules souches ainsi obtenues ont ensuite été poussées à se différencier en neurones. Par la suite, les chercheurs ont montré que ces neurones développaient les défauts cellulaires caractéristiques de la maladie de Sanfilippo. Aujourd’hui, ces cellules malades constituent le premier modèle de neurone humain pour ce trouble neurodégénératif, et sont un outil puissant pour en étudier la physiopathologie chez l’enfant.

Le procédé utilisé par les chercheurs est exploitable pour la création de modèles expérimentaux humains d’autres maladies du cerveau. Actuellement, l’équipe de Delphine Bohl travaille au développement d’un modèle humain pour la Sclérose Latérale Amyotrophique, une autre maladie neurodégénérative

Cancers du sein – Découverte d’un marqueur du risque de métastases pulmonaires

Le taux d’expression du gène Kindlin-1 indique si les femmes atteintes de cancers du sein présentent un risque de développer des métastases pulmonaires. C’est la découverte que vient de publier l’équipe de Rosette Lidereau (1) dans Journal of National Cancer Institut du 7 septembre 2011. En plus de ses qualités diagnostiques, Kindlin-1 possède bon nombre de caractéristiques pour devenir une cible thérapeutique. Il régule en effet l’une des voies de signalisation – la voie du facteur de croissance TGFβ – déréglée dans les cellules tumorales. En agissant sur Kindlin-1, les chercheurs espèrent pouvoir bloquer la prolifération des cellules tumorales et ainsi contenir le pouvoir agressif des tumeurs à fort risque de dissémination pulmonaire.

L’un des défis majeurs de la cancérologie est aujourd’hui d’anticiper puis de traiter les métastases chez les patients. Tant que la tumeur est localisée, les traitements par chirurgie et radiothérapie permettent de l’éliminer. En revanche quand la tumeur a commencé à disséminer, et surtout à former des métastases, la prise en charge devient beaucoup plus lourde et complexe.

Avant que des métastases apparaissent, les cellules tumorales ayant quitté la tumeur initiale doivent parcourir un long chemin et franchir de nombreuses étapes : invasion des tissus proches de la tumeur, utilisation d’une voie de circulation (sanguine ou lymphatique), survie en dehors du site tumoral initial, et enfin développement dans un nouvel organe. Selon la nature de la tumeur initiale, les cellules tumorales iront préférentiellement s’installer dans des sites spécifiques : os, cerveau, poumon…

Pour franchir chacune de ces étapes, les cellules tumorales se modifient au niveau moléculaire et acquièrent de nouvelles propriétés, d’où l’idée d’identifier des caractéristiques liées à cette transformation.

Dans ses précédents travaux, l’équipe de Rosette Lidereau (Inserm 735, laboratoire d’Oncogénétique de l’Institut Curie (Saint-Cloud)) avait identifié une signature composée de 6 gènes, caractéristique des cancers du sein ayant une forte propension à former des métastases dans les poumons. Parmi ces gènes, pourquoi kindlin-1 est-il devenu l’objet de toutes leurs attentions ? « Tout simplement parce qu’il existe un lien réel entre l’expression du gène Kindlin-1 et le développement de métastases pulmonaires chez les patientes atteintes de cancers du sein » explique Keltouma Driouch qui pilote cette étude.

Kindlin-1 pourrait donc servir de marqueur pour identifier les femmes atteintes de cancers du sein et présentant un risque de développer des métastases pulmonaires.

Mais les potentialités de cette découverte ne s’arrêtent pas là. « En éteignant ce gène dans des modèles animaux, nous avons pu bloquer la croissance tumorale et le développement des métastases pulmonaires » ajoute la chercheuse. L’équipe s’est alors penchée sur ses effets au niveau cellulaire. La modification de l’expression de kindlin-1 perturbe la motilité des cellules et donc leur capacité invasive.
« Tout laisse à penser que Kindlin-1 est à la croisée des chemins de plusieurs voies de signalisation et notamment celle régulant le facteur de croissance TGFβ, participant à la transformation tumorale et à son développement » ajoute-t-elle.

Dans les cellules normales, le facteur de croissance TGF-β peut arrêter le cycle cellulaire, stopper la prolifération et induire la mort de la cellule, si celle-ci représente un danger pour ses consoeurs ou l’organisme. Dans les cellules tumorales, les dysfonctionnements de la voie de signalisation font que le facteur TGF-β ne contrôle plus la cellule.

Kindlin-1, en tant que régulateur de la voie de signalisation TGFβ, représente une cible possible pour rétablir son fonctionnement et ainsi bloquer la prolifération des cellules. Au-delà de son rôle diagnostique pour les métastases pulmonaires chez les patients atteints de cancer du sein, Kindlin-1 ouvre une piste potentielle vers une nouvelle thérapie ciblée.

Les traitements « anti-signalisation »
Ces dernières années, le traitement des cancers a connu une évolution majeure avec l’arrivée des traitements dits ciblés. Ils agissent en bloquant l’une des voies de signalisation que les cellules tumorales utilisent pour s’implanter durablement dans les tissus. Ces voies de signalisation commandent la prolifération des cellules, leur mort… à savoir des caractéristiques déréglées dans les cellules tumorales. Il en existe plusieurs, qui sont toutes autant de cibles potentielles pour de futurs traitements. Les premiers traitements « anti-signalisation » ont déjà vu le jour. On peut citer par exemple Herceptin®, Imatinib®, et leur liste augmente rapidement. Ciblant préférentiellement les cellules tumorales, ces traitements sont souvent mieux tolérés que la chimiothérapie conventionnelle. C’est en complétant les connaissances sur la cellule tumorale et ses dérèglements que de nouvelles thérapies ciblées pourront à l’avenir être mises au point.

Inserm Transfert a déposé une demande de brevet sur ces travaux en copropriété avec l’Institut Curie.

Leader dans la prise en charge des cancers du sein, avec près de 6 500 nouvelles patientes chaque année, l’Institut Curie dispose des atouts indispensables pour combattre ce problème de santé publique majeur : recherches de pointe, essais cliniques, soins innovants, prise en charge individualisée et accompagnement à toutes les étapes.
Chercheurs et médecins travaillent chaque jour ensemble pour faire progresser les connaissances, améliorer la précision du diagnostic et proposer des traitements plus ciblés, moins toxiques et donc mieux tolérés.
L’Institut Curie mène pour cela plus de 30 programmes de recherche innovants sur les cancers du sein. Les équipes de l’Institut Curie s’attaquent à tous les aspects de la pathologie mammaire, en incluant les multiples points de vue : génétique, épigénétique, épidémiologique, diagnostique, pronostique, thérapeutique…

Note
(1) Inserm 735, laboratoire d’Oncogénétique de l’Institut Curie (Saint-Cloud)

Troubles de la fertilité : un régulateur situé dans le cerveau

L’infertilité touche plusieurs millions de couples dans le monde ; en Europe, les experts prédisent qu’elle doublera ces dix prochaines années. Un nouvel acteur dans le contrôle de la fertilité vient d’être identifié, sa défaillance provoquant immanquablement un retard pubertaire ou une hypofertilité chez l’animal. C’est la conclusion à laquelle sont arrivés Vincent Prévot chercheur à l’Inserm et ses collaborateurs de l’Unité 837 « Centre de recherche Jean Pierre Aubert(Inserm / Université Lille 2 Droit et Santé) ». En effet, il s’avère qu’une hormone, la prostanglandine E2, libérée par les cellules gliales (1) dans l’environnement des neurones est indispensable pour déclencher toute la cascade conduisant à l’activation des fonctions de reproduction. Ces travaux publiés le 5 septembre 2011 dans le journal PNAS sont peut-être un premier pas dans le traitement des troubles de la fertilité d’origine centrale (aménorrhée d’origine hypothalamique, retard pubertaire, puberté précoce).

La fonction de reproduction est déterminée par des événements qui prennent place dans le cerveau. Au moment de la puberté, l’activation d’une poignée de neurones très spécialisés (les neurones à GnRH), localisés dans l’hypothalamus, conduit à une sécrétion pulsatile de gonadolibérine ou GnRH (Gonadotropin Releasing Hormone).

La sécrétion de GnRH stimule la synthèse et la libération d’hormone lutéinisante (LH) et d’hormone folliculostimulante (FSH). Ces hormones sont alors libérées dans la circulation générale pour promouvoir la croissance des organes sexuels secondaires au moment de la puberté. Elles fonctionnent ensuite tout au long de la vie pour assurer la fonction reproductive.

Depuis quelques années, les chercheurs pensaient que les neurones à GnRH recevaient des informations émanant de neurones situés dans leur environnement proche pour fonctionner. L’activation de ces neurones voisins constituerait l’élément déclencheur de l’augmentation de la sécrétion de GnRH nécessaire à la survenue de la puberté et de la fertilité.
Vincent Prévot, chercheur à l’Inserm et ses collaborateurs viennent de prouver que la libération d’une hormone (la prostaglandine E2 ou PGE2) par les cellules gliales est indispensable à l’activité électrique des neurones à GnRH. Ainsi l’activation de ces derniers dépendrait non seulement de l’activité électrique d’autres neurones mais aussi d’une hormone présente dans l’environnement glial des neurones.

Un dialogue nécessaire entre cellules gliales et neurones

La PGE2 située dans les cellules gliales (astrocytes) a un puissant effet excitateur sur l’activité électrique des neurones à GnRH étudiés par les chercheurs. A contrario, cette activité électrique est interrompue par l’inhibition de la synthèse de PGE2. Chez un animal avec un retard pubertaire dont les astrocytes sécrètent moins de PGE2, les neurones à GnRH n’ont pas d’activité électrique mesurable. L’ajout de PGE2 dans le milieu rétablit l’activité électrique du neurone et les fonctions de reproduction. Un nouvel acteur dans le contrôle de la fertilité vient donc d’être identifié, sa défaillance provoquant immanquablement retard pubertaire ou hypofertilité. Pour Vincent Prévot, « l’identification de cette hormone, en plus de dévoiler un rôle primordial pour les cellules gliales dans le contrôle d’une grande fonction biologique chez les mammifères ouvre de nouvelles pistes thérapeutiques pour le traitement des troubles de la fertilité ».

Note 
(1) Les cellules gliales sont dix fois plus nombreuses que les neurones. Elles comblent les espaces situés entre eux, sont au contact des vaisseaux sanguins ou encore forment la gaine de myéline de certains neurones. On sait maintenant qu’elles jouent un rôle clé dans la genèse, la propagation et le traitement de l’information nerveuse.

1ère autotransfusion de globules rouges créés à partir de cellules souches

Pour la première fois chez l’Homme, des chercheurs de l’Unité mixte de recherche 938 Inserm-UPMC et de l’AP-HP, en collaboration avec l’unité d’Ingénierie et de Thérapie Cellulaire de l’EFS, ont réussi à injecter à un donneur humain des globules rouges cultivés (GRc) créés à partir de ses propres cellules souches hématopoïétiques humaines (CSH). Dans un contexte où les besoins en sang ne cessent de croître et où le nombre de donneurs diminue, les résultats de cette étude menée par Luc Douay dans l’unité mixte de recherche Inserm-UPMC, représentent l’espoir qu’un jour les patients ayant besoin d’une transfusion sanguine deviennent leurs propres donneurs.

Les résultats sont publiés aujourd’hui dans Blood, le journal de l’American Society of Hematology (ASH, association américaine d’hématologie)

Globules rouges

© Inserm, Claude Féo – Sang normal humain (hématies)

En utilisant les CSH (cellules souches qui fabriquent tous les types de cellules sanguines) d’un donneur humain, les chercheurs de l’Unité mixte de recherche 938 (Inserm – UPMC) et de l’Hôpital Saint Antoine (AP-HP) ont réussi à produire en laboratoire des milliards de GRc, avec l’aide de facteurs de croissance spécifiques qui régulent la prolifération et la maturation des CSH en globules rouges. Les chercheurs, qui tentaient de prouver que les GRc sont capables d’atteindre la maturation complète dans l’organisme, ont ensuite injecté ces cellules à quatre modèles de souris. Ils ont pu confirmer que les cellules suivaient effectivement la totalité du processus de maturation.

L’équipe de recherche a ensuite répété l’expérience sur un donneur volontaire : en lui réinjectant des GR cultivés à partir de ses propres cellules souches, ils ont évalué leur survie chez l’Homme. Au bout de cinq jours, le taux de survie des GRc dans la circulation sanguine du donneur était compris entre 94 et 100 % et, au bout de 26 jours, entre 41 et 63 % ; ce taux est comparable à la demi-vie moyenne de 28 jours des globules rouges natifs normaux. Ces résultats démontrent que la durée de vie et le taux de survie des cellules cultivées sont similaires à ceux des globules rouges « classiques », ce qui étaye leur validité en tant que source possible de transfusion.

« Bien que les recherches déjà menées aient montré qu’il est possible de transformer les CSH en globules rouges matures, cette étude est la première à démontrer que ces cellules peuvent survivre dans le corps humain, une percée majeure pour la médecine transfusionnelle. Nous avons cruellement besoin de nouvelles sources de produits sanguins pouvant être transfusés, en particulier pour faire face à la pénurie de donneurs de sang et pour réduire le risque d’infection lié aux nouveaux virus émergeants, associé à la transfusion classique. » souligne Luc Douay, principal auteur de l’étude, directeur de l’équipe de recherche « Prolifération et différenciation des cellules souches » (Inserm – UPMC) à l’Hôpital Saint Antoine.

« Bien que la production à grande échelle de ces cellules nécessite des progrès technologiques supplémentaires dans le domaine de l’ingénierie cellulaire, nous sommes convaincus que les GRc pourraient constituer une réserve illimitée de cellules sanguines et une alternative aux produits de transfusion classiques », conclut-il.

Pour quelques euros de plus…

Comment apprendre le plus rapidement possible à exécuter des tâches motrices simples comme tricoter, jongler ou encore taper sur un clavier d’ordinateur ? Rien de plus simple : il suffit de vous récompenser par quelques euros. Mathias Pessiglione chercheur à l’Inserm et ses collaborateurs du CRICM (Centre de recherche de l’Institut du Cerveau et de la moelle épinière) viennent effectivement d’apporter la preuve scientifique que les récompenses monétaires améliorent l’apprentissage moteur chez l’homme. Cet effet passe par une libération accrue de dopamine dans le cerveau. Ces résultats sont publiés dans la revue Brain datée du 23 août 2011.

L’étude de Mathias Pessiglione, Stefano Palminteri et leurs collaborateurs a consisté à soumettre des volontaires au test suivant : regarder une image sur un écran représentant cinq touches d’un clavier d’ordinateur avec la consigne d’appuyer le plus rapidement possible sur 3 d’entre elles de manière simultanée. Une motivation financière est proposée à chaque exécution : 10 euros ou 10 centimes d’euros selon les cas. En proposant cet exercice, les chercheurs souhaitaient tester si une récompense financière pouvait influencer un apprentissage moteur.

Et le résultat est sans appel : les participants exécutent progressivement d’autant plus rapidement la tâche, qu’ils reçoivent la récompense la plus élevée (10 euros contre 10 centimes) même sans en être conscient. Ils ne savent effectivement pas à l’avance quel sera le montant de la récompense. « Une fois que nous avons fait ce constat, notre objectif a été d’essayer de comprendre ce qui se passait dans le cerveau des participants, explique Mathias Pessiglione, chercheur à l’Inserm. Nous avons fait l’hypothèse que le circuit de la dopamine pouvait être impliqué dans ces processus. » Il est en effet démontré depuis longtemps que la libération de dopamine permet de renforcer l’efficacité de certains neurones impliqués dans la coordination visuo-motrice (lien entre ce que je vois et ce que je fais).

Il fallait donc pour tester cette hypothèse, trouver des personnes chez qui la libération de dopamine était augmentée. C’est le cas des patients atteints de la maladie de Gilles de la Tourette. Cette maladie neurologique entraine des tics moteurs et vocaux involontaires, soudains, brefs et intermittents. Elle est caractérisée, entre autre, par une trop forte libération de dopamine dans le cerveau.

Les chercheurs de l’Inserm les ont donc soumis au même test consistant à appuyer le plus rapidement possible sur 3 touches de clavier d’ordinateur de manière simultanée. La moitié d’entre eux étaient traités par des médicaments bloquant le circuit de la dopamine (neuroleptiques) tandis que l’autre non.
Là encore le résultat est sans appel : lorsque la récompense monétaire est la plus élevée, les personnes sans traitement apprennent à exécuter la tâche bien plus rapidement que les personnes traitées et surtout plus rapidement que les volontaires sains.
Une dernière expérience a consisté à soumettre le test à des personnes présentant des troubles moteurs non liés à la dopamine (souffrant de torticolis spasmodique/dystonie focale). Leur rapidité à exécuter la tâche est comparable à celle des volontaires sains.

Ces travaux apportent la preuve scientifique que les récompenses monétaires améliorent l’apprentissage moteur chez l’homme et que cet effet passe par une libération accrue de dopamine dans le cerveau.

Ces résultats sont également un argument de plus en faveur d’un lien entre l’hyper dopaminergie des personnes atteintes du syndrome de Gilles de la Tourette et leurs tics moteurs. L’efficacité de molécules neuroleptiques atypiques (qui diminuent les tics sans altérer l’effet des récompenses chez les malades atteints de la maladie de Gilles de la Tourette) sont d’ores et déjà à l’étude par les chercheurs.

Une peau pigmentée grâce aux cellules souches

Après avoir reconstitué un épiderme à partir de cellules souches pluripotentes en 2009 (1), l’équipe de Christine Baldeschi de l’Institut I-STEM (2) (I-STEM/Inserm UEVE U861/AFM), dirigé par Marc Peschanski, vient de lui donner sa couleur : les chercheurs ont obtenu in vitro, avec la même stratégie, des mélanocytes fonctionnels, ces cellules qui pigmentent la peau et la protège des rayons UV. Cette ressource cellulaire illimitée pourrait à terme être proposée, comme alternative thérapeutique, aux patients atteints de troubles de la pigmentation de la peau, d’origine génétique ou non, tels que le Vitiligo. Des travaux financés notamment grâce aux dons du Téléthon.

Ces travaux, publiés dans la revue PNAS, sont disponibles en ligne

Une des fonctions de la peau est de protéger le corps des rayons UV (ultraviolets) du soleil. Cette tâche est assurée par des cellules pigmentées: les mélanocytes. En libérant de la mélanine, le pigment qui colore la peau, ils protègent les autres cellules de l’épiderme (kératinocytes) des effets mutagènes des rayons UV.

A l’heure actuelle, la thérapie cellulaire utilisée pour traiter les troubles de la pigmentation de la peau, est réalisée par autogreffe. Or, cette stratégie n’est efficace que s’il existe des zones non atteintes à côté des zones hypopigmentées, ce qui est le cas pour le vitiligo mais pas pour de nombreuses autres pathologies telles que l’albinisme. Pour répondre à cette contrainte, les chercheurs se sont penchés sur une stratégie alternative fondée sur une approche allogénique : utiliser une source externe et illimitée de cellules pigmentées parfaitement contrôlées.

En 2009, l’équipe était parvenue pour la première fois à obtenir les cellules de l’épiderme (kératinocytes) qui permettent le renouvellement constant de la peau, à partir de cellules souches pluripotentes d’origine embryonnaire. Forts de ces résultats publiés dans la revue The Lancet (novembre 2009) l’équipe vient aujourd’hui de franchir une nouvelle étape en identifiant le procédé de différenciation permettant de dériver des cellules souches, d’origine embryonnaire (hES) ou induites à la pluripotence (iPS), en une population pure et homogène de mélanocytes capables de produire de la mélanine et de s’intégrer à l’épiderme.

Comment obtenir des mélanocytes fonctionnels à partir de cellules souches ?

Les cellules souches pluripotentes, d’origine embryonnaire (hES) ou induites (iPS), possèdent deux caractéristiques fondamentales : une capacité d’expansion illimitée et une capacité de pluripotence c’est-à-dire à se différencier vers tous les types cellulaires du corps humain.

© I-STEM (I-STEM/Inserm UEVE U861/AFM) – Figure 2 : a. culture de mélanocytes (en vert) haut) ; b. coculture de mélanocytes (en vert) et kératinocytes (en rouge)

L’équipe du Dr Christine Baldeschi a identifié quelles étaient les conditions expérimentales nécessaires à la différenciation des cellules pluripotentes en cellules pigmentées (mélanocytes) semblables à celles naturellement présentes chez l’homme au sein de l’épiderme. Une fois isolées et amplifiées in vitro, ces cellules présentent les mêmes caractéristiques que des mélanocytes adultes (cf. figure 2.a ci-contre).

Ensuite, à partir de cette culture, les chercheurs ont étudié la fonctionnalité des mélanocytes ainsi obtenus. Ils ont démontré qu’ils étaient à la fois capables de s’insérer dans leur niche au niveau de la couche basale de l’épiderme (cf. figure 1) et de communiquer avec les kératinocytes avoisinant, comme c’est le cas physiologiquement au niveau de l’épiderme. En analysant des cocultures, l’équipe de recherche a mis en évidence que ces mélanocytes pouvaient transférer leur mélanine aux kératinocytes qui constituent l’épiderme (cf. figure 2.b ci-contre).

« Cette communication cellulaire est fondamentale, à la fois pour protéger les kératinocytes suite aux stress que sont les rayons ultraviolets, et également pour repigmenter la peau après une éventuelle greffe » expliquent Christine Baldeschi et Xavier Nissan.

Pour les chercheurs, les perspectives de ce travail sont grandes. « Ces cellules « toutes prêtes » seront proposées pour le traitement des patients atteints de Vitiligo mais également pour d’autres pathologies affectant la pigmentation pouvant être d’origines génétiques telles que les syndromes de Waardenburg et le syndrome de Griscelli »,affirme Marc Peschanski, directeur de recherche Inserm et directeur d’I-STEM.

 

Notes :
(1) 2009 : Première reconstitution d’un épiderme à partir de cellules souches embryonnaires humaines
(2) I-STEM: Institut des cellules souches pour le traitement et l’étude des maladies monogéniques crée le 1er janvier 2005. L’Inserm, l’Université d’Evry-Val-d’Essonne et l’AFM en sont les membres fondateurs.

Des microcapsules innovantes pour prévenir les maladies du cœur

Pour traiter les maladies cardiovasculaires, les chercheurs étudient depuis quelques années une approche prometteuse qui consiste à créer de nouveaux vaisseaux sanguins à partir de vaisseaux préexistants grâce à l’utilisation de facteurs de croissance. Jusqu’à présent, la combinaison adéquate de ces facteurs ainsi que le système de diffusion aboutissant au développement de vaisseaux fonctionnels, n’avaient pas été découverts. Aujourd’hui, Ebba Brakenhielm, chargée de recherche à l’Inserm (unité 644, Rouen « Pharmacologie des dysfonctionnements endothéliaux et myocardiques ») et ses collaborateurs, viennent de mettre au point une stratégie innovante répondant à ce double défi. Ils ont conçu des microcapsules, contenant deux facteurs de croissance efficaces, qui, une fois injectées dans le muscle cardiaque, préviennent ses dysfonctionnements.

Ces résultats, publiés dans la revue Circulation, sont disponibles en ligne

Stimuler la croissance de vaisseaux sanguins, via la création de nouveaux vaisseaux (angiogenèse) et leur maturation(artériogénèse), représente une solution thérapeutique prometteuse dans le traitement des maladies cardiovasculaires, telles que l’infarctus du myocarde ou l’insuffisance cardiaque chronique. Cette thérapie nouvelle dite « angiogénique » est basée sur la diffusion ciblée de facteurs de croissance qui stimulent la migration et la prolifération de cellules vasculaires aboutissant à la formation et la croissance de vaisseaux sanguins. Toutefois, les récents essais cliniques basés sur l’administration d’un seul facteur pro-angiogénique n’ont pas montré les résultats bénéfiques attendus et les méthodes de diffusion utilisées présentaient de nombreuses limites.

Afin d’améliorer la thérapie angiogénique, les chercheurs de l’unité Inserm 644 « pharmacologie des dysfonctionnements endotheliaux et myocardiques » à Rouen, viennent de mettre au point une stratégie innovante permettant la libération contrôlée de facteurs pro-angiogéniques par des microcapsules formées à partir de biopolymères tels que l’alginate. En plus de l’innovation technologique, ils ont identifié une combinaison de facteurs de croissance qui stimule de façon synergique l’angiogenèse et l’arteriogenèse (création d’artères matures).
« Cette combinaison, libérée par des microcapsules administrées directement dans le muscle cardiaque, stimule la croissance de vaisseaux sanguins cardiaques stables et fonctionnels » souligne Ebba Brakenhielm, chercheuse à l’Inserm et principal auteur de l’étude.

De la formule à la microcapsule…

Facteurs de croissance encapsulés - Gauche: image de microscopie confocale

© Ebba Brakenhielm, Inserm – Facteurs de croissance encapsulés – Gauche: image de microscopie confocale « 3D » du FGF (en rouge) directement après son chargement dans la microcapsule – Droite: image de microscopie confocale du HGF (en rouge) encapsulé dans la microcapsule, visualisé 5 jours après le chargement.

Microphotographies des microcapsules destinées à contenir les facteurs de croissance - En haut : microscopie optique après coloration - En bas: microscopie électronique à balayage après séchage

© Florence Edwards-Lévy, CNRS-Université de Reims Champagne-Ardenne – Microphotographies des microcapsules destinées à contenir les facteurs de croissance – En haut : microscopie optique après coloration – En bas: microscopie électronique à balayage après séchage

Pour parvenir à ce double résultat, les chercheurs ont procédé par étapes. Ils ont d’abord constaté, in vitro, que l’association de deux facteurs de croissance, (FGF-2 et HGF), comparée à l’utilisation d’un seul facteur, stimule davantage la migration et la prolifération de cellules vasculaires animales et humaines.

Ensuite, ils ont vérifié leur observationin vivo en observant l’effet renforcé de cette formulation sur des cornées de souris : des vaisseaux fonctionnels et stables se sont formés.

En parallèle, les chercheurs se sont penchés sur le système permettant le transport et la diffusion ciblée des facteurs de croissance. Ils ont alors envisagé l’utilisation de microcapsules, préparées notamment à partir d’alginate.

« L’utilisation des microcapsules permet une diffusion locale lente et une protection des facteurs de croissance. Ils sont alors 3 à 6 fois plus actifs pour induire l’angiogenèse que des facteurs non encapsulés » précise Florence Edwards-Lévy, de l’Institut de Chimie Moléculaire de Reims (CNRS UMR 6229), qui travaille à la mise au point et à l’optimisation des microcapsules.

… pour prévenir les maladies cardiovasculaires

Chez le rat, cette thérapie angiogénique atténue le remodelage pathologique du cœur qui a lieu après l’infarctus. Au niveau du cœur, la création de nouveaux vaisseaux améliore la circulation du sang, permet l’oxygénation du muscle cardiaque et prévient ses dysfonctionnements. « Notre thérapie pourrait constituer une nouvelle approche pour la prévention de l’insuffisance cardiaque. Elle pourrait s’adresser notamment aux patients atteints de maladies coronariennes qui répondent mal aux traitements classiques pharmaceutiques et chirurgicaux ou aux patients développant une insuffisance cardiaque« , conclut Ebba Brakenhielm.

Ces travaux font l’objet d’un dépôt d’une demande de brevet par Inserm Transfert.

Du liquide dans les poumons : une solution pour protéger l’organisme après un arrêt cardiaque

L’idée n’est pas nouvelle, mais le système utilisé par les chercheurs de l’Inserm est inédit. Alain Berdeaux, Renaud Tissier et leurs collaborateurs de l’Unité Inserm 955 (Institut Mondor de recherche biomédicale) viennent d’apporter une nouvelle preuve au fait que le refroidissement très rapide de l’organisme permet de protéger les organes vitaux après un arrêt cardiaque. La technique mise au point chez l’animal consiste à refroidir l’organisme après un arrêt cardiaque en administrant dans les poumons des liquides riches en fluor. Ce système permet d’une part l’apport d’oxygène au poumon grâce à une « ventilation liquide » et, d’autre part d’abaisser la température corporelle jusqu’à 32°C très rapidement pour créer une hypothermie à visée thérapeutique. Celle-ci limite les séquelles après un arrêt cardiaque chez le petit animal.

Les résultats, publiés dans la revue Circulation, sont disponibles en ligne

Chaque année, environ 50 000 personnes font l’objet en France d’un arrêt cardiaque brutal en dehors du secteur hospitalier. La prise en charge de ces patients est une urgence absolue puisque chaque minute suivant l’arrêt cardiaque est cruciale. Si la circulation du sang n’est pas rétablie dans les 3-4 minutes après l’accident par une réanimation d’urgence, les organes vitaux (cœur, cerveau, foie, reins) commencent à souffrir du manque d’oxygène. Lorsque les secours arrivent à faire repartir le cœur, des séquelles sont alors fréquentes pour ces organes vitaux.

De nombreuses études ont déjà prouvé par le passé l’importance d’un refroidissement pour améliorer la survie et pour limiter les séquelles neurologiques chez des patients réanimés après un arrêt cardiaque. Chez le petit animal, il a aussi été montré que le bénéfice apporté par ce refroidissement dépendait de la vitesse à laquelle il était instauré après un arrêt cardiaque. Les travaux menés par les chercheurs de l’Inserm au sein de l’Institut Mondor de recherche biomédicale et de l’Ecole Vétérinaire d’Alfort démontrent l’efficacité d’un dispositif rapide permettant de faire face à cette exigence de réactivité.

Alain Berdeaux, Renaud Tissier et leurs collaborateurs ont développé chez le petit animal un système expérimental (cf. schéma ci-dessous) qui permet d’administrer des liquides riches en fluor (perfluorocarbones) dans les poumons pour établir une forme de respiration basée sur des liquides et non plus des gaz. On parle alors de « ventilation liquide ». Ces liquides présentent un double avantage : la teneur en oxygène du perfluorocarbone peut être assez élevée pour que les poumons continuent de fonctionner et sa température d’administration permet une hypothermie thérapeutique. S’il est administré à une température inférieure à la température corporelle, son passage dans le poumon abaisse très rapidement la température de l’organisme jusqu’à environ 32°C pour créer des conditions favorables à la préservation du cœur et des autres organes vitaux.

© Renaud Tissier

Un épisode de ventilation liquide diminue la température du cœur et du cerveau à 32°C en environ 5 à 15 min chez des petits animaux. A cette température, le cœur continue de battre et l’organisme entre dans un état proche de l’hibernation. A titre de comparaison, l’application de substances très froides sur la peau des animaux nécessite environ 45 min pour induire un refroidissement comparable.

© Patrick Bruneval / Clovis Adam

Chez les animaux ayant bénéficié de ce système expérimental, la survie et la qualité des tissus cérébraux et cardiaques ont été considérablement améliorés après un arrêt cardiaque de 5 à 10 minutes (cf. figure ci-contre). « Cette amélioration était très supérieure à celle obtenue avec d’autres stratégies permettant d’induire une hypothermie plus lente, renforçant à nouveau l’idée qu’il est essentiel d’agir vite après la réanimation cardio-pulmonaire » explique Renaud Tissier.

« Nous ne sommes pour l’instant qu’au stade des études précliniques menées chez l’animal mais les perspectives cliniques de ce travail sont importantes, notamment pour le traitement de l’arrêt cardiaque, dont le pronostic reste effroyable à ce jour » déclare Alain Berdeaux. Et de conclure : « Les férus de cinéma pourront largement faire le parallèle entre nos travaux et certaines séquences du film Abyss. » Quand la science-fiction devient réalité….

Ces travaux font l’objet d’un dépôt d’une demande de brevet par Inserm Transfert.

Des vaisseaux sanguins participent à l’éradication des tumeurs

Cancer du sein : pour la première fois, des vaisseaux sanguins très spécifiques ont été découverts dans les tumeurs. Ces vaisseaux facilitent l’accès vers les cellules cancéreuses de certains globules blancs : les lymphocytes tueurs, et entraînent ainsi une destruction efficace des tumeurs. Menée par l’équipe de Jean-Philippe Girard, directeur de recherche Inserm à l’Institut de pharmacologie et de biologie structurale (CNRS/Université Toulouse III – Paul Sabatier), en collaboration avec l’Institut Claudius Regaud, ces travaux font l’objet d’une publication dans Cancer Research (août 2011).

Une catégorie de globules blancs, les « lymphocytes tueurs », sont chargés de reconnaître et de détruire les cellules cancéreuses dans l’organisme. Cependant, l’éradication de la maladie requiert la présence d’un grand nombre de cellules tueuses au contact des tumeurs. Comment ces lymphocytes parviennent-ils à pénétrer dans les tumeurs pour les détruire ? Si ce mécanisme demeurait mystérieux jusqu’à présent, l’équipe de Jean-Philippe Girard à l’Institut de pharmacologie et de biologie structurale (CNRS / Université Toulouse III – Paul Sabatier), en collaboration avec des chercheurs de l’Institut Claudius Regaud (Centre de Lutte Contre le Cancer de Toulouse) (1) lève le voile sur l’infiltration des lymphocytes dans les tumeurs. En menant une étude clinique sur près de 150 patientes souffrant d’un cancer du sein, les scientifiques ont découvert la présence d’un type particulier de vaisseaux sanguins, appelés HEV, dans les tumeurs. En temps normal, ces vaisseaux HEV – pour High Endothelial Veinule – sont présents dans les ganglions lymphatiques (2) où ils constituent la porte d’entrée pour les lymphocytes arrivant par le sang. Les cellules qui tapissent la paroi de ces vaisseaux HEV sont bombées, arrondies, et cette morphologie très caractéristique facilite le passage des lymphocytes du sang vers le tissu.

L’équipe toulousaine a constaté que la présence d’un grand nombre de lymphocytes tueurs dans les tumeurs du sein était liée à la présence d’un grand nombre de vaisseaux HEV dans ces tumeurs. Cela suggère que, comme dans les ganglions, les HEV constituent la porte d’entrée des lymphocytes dans les tumeurs. De plus, les chercheurs ont observé qu’avec beaucoup de vaisseaux HEV dans une tumeur, la probabilité de guérison des patientes était augmentée. La présence de ces vaisseaux HEV dans une tumeur serait donc un facteur de bon pronostic.

Prochaines étapes pour les chercheurs : confirmer ces résultats sur de plus grands groupes de patientes et étudier l’influence des vaisseaux HEV sur la réponse aux thérapeutiques (chimio et radiothérapies) couramment utilisées dans le traitement du cancer du sein. Des travaux sont également en cours pour examiner le rôle des vaisseaux HEV dans les mélanomes, les cancers des ovaires et du colon. A plus long terme, l’objectif vise à augmenter la quantité de vaisseaux HEV dans les tumeurs et/ou les faire apparaître dans les tumeurs qui n’en n’ont pas, afin de permettre un recrutement massif de lymphocytes tueurs pour éradiquer les cellules cancéreuses.

Visualisation en microscopie d’une coupe de tumeur du sein montrant un vaisseau sanguin HEV (en vert) entouré de lymphocytes (en rouge). La flèche blanche indique un lymphocyte en train de se faufiler à travers le vaisseau HEV.

© Jean-Philippe GIRARD – IPBS (CNRS/Université Toulouse III – Paul Sabatier)

Visualisation en microscopie d’une coupe de tumeur du sein montrant un vaisseau sanguin HEV (en vert) entouré de lymphocytes (en rouge). La flèche blanche indique un lymphocyte en train de se faufiler à travers le vaisseau HEV.

 

Notes

(1) Ces travaux ont bénéficié du soutien financier de la Ligue Nationale Contre le Cancer (Equipe Labellisée Ligue 2009), de la Fondation RITC (Recherche et Innovation Thérapeutique en Cancérologie) et de la région Midi-Pyrénées.
(2) Les ganglions lymphatiques sont le lieu de prolifération et de différenciation des cellules immunitaires. Les vaisseaux lymphatiques amènent un antigène (souvent issus d’un pathogène), du tissu jusqu’aux ganglions, permettant ainsi d’entraîner une réponse immunitaire spécifique en activant les lymphocytes T et B.

Identification de nouveaux facteurs de prédisposition génétique à la sclérose en plaques

Une équipe internationale composée notamment de plusieurs équipes hospitalières et de recherche françaises vient d’identifier 29 nouveaux variants génétiques associés à la sclérose en plaques, apportant des informations clés sur la physiopathologie de cette maladie neurologique très invalidante. La majeure partie des gènes identifiés est impliquée dans le système immunitaire, et révèlent les voies biologiques qui sous tendent le développement de la sclérose en plaques. Les résultats de ces travaux, coordonnés par les Universités de Cambridge et d’Oxford, et financé par le Wellcome Trust, sont publiés cette semaine dans la revue Nature. C’est la plus grande étude génétique de la sclérose en plaques jamais réalisée à ce jour grâce à la contribution de près de 250 chercheurs, membres de l’International Multiple Sclerosis Genetics Consortium et du Wellcome Trust Case Control Consortium.

La France, représentée par le Réseau Français d’Etude Génétique de la Sclérose en Plaques (REFGENSEP) coordonné par Bertrand Fontaine (Centre de recherche de l’Institut du cerveau et de la moelle, Unité mixte Inserm/CNRS/ Université Pierre et Marie Curie 975-7225, Paris) et le Centre National de Génotypage (CNG) dirigé par Mark Lathrop, a participé activement à cette recherche. Dix chercheurs et cliniciens français sont signataires de l’article scientifique publié aujourd’hui. Depuis 1999, le réseau REFGENSEP recrute des patients volontaires pour la recherche génétique au sein de 33 centres répartis en France.

© RIEGER F. – Sclérose en plaques, les cellules en rouge sont en train de mourir (mort cellulaire). Astrocytes exposés au facteur glycotoxique.

Les résultats publiés aujourd’hui récompensent le travail conjoint des neurologues et des scientifiques associé à l’engagement des patients et des associations qui les représentent. L’équipe dirigée par Bertrand Fontaine travaille activement depuis de nombreuses années sur l’identification des gènes de prédisposition à la sclérose en plaques et a participé à la coordination de cette vaste étude. « Après plus de 30 ans de recherche, seul un effort commun et international pouvait nous laisser espérer identifier les gènes majeurs impliqués dans la sclérose en plaques. C’est le résultat de cet effort commun dont nous publions les résultats aujourd’hui. La stratégie que nous avons utilisée peut être appliquée à d’autres maladies et devrait permettre d’accélérer la compréhension des maladies multi-factorielles » explique Bertrand Fontaine.

La sclérose en plaques est l’une des maladies neurologiques la plus répandue chez les adultes jeunes, affectant près de 2,5 millions de personnes dans le monde. Elle résulte de la destruction de l’enveloppe protectrice des fibres nerveuses, la gaine de myéline, puis des fibres elles-mêmes dans le cerveau et la moelle épinière. Ce processus entraîne, à long terme, une perturbation du passage de l’information

véhiculée par l’influx nerveux. Les symptômes qui apparaissent alors, tels que des troubles de la vue, de la marche, du toucher, de la concentration, et des troubles sphinctériens, affectent la vie quotidienne des patients. Dans l’étude publiée cette semaine dans Nature, les chercheurs ont analysé l’ADN de 9772 personnes atteintes de sclérose en plaques issues de 15 pays et de 17 376 contrôles sains. Les résultats confirment 23 variants déjà connus et en identifient 29 autres comme facteurs de prédisposition génétique à la maladie. Cinq autres sont fortement suspectés et devront faire l’objet d’études réplicatives pour être confirmés.

Un grand nombre de gènes identifiés par ces travaux jouent un rôle essentiel dans le fonctionnement du système immunitaire, en particulier dans la fonction des cellules T (un type de globules blancs responsable de la réponse de défense contre des pathogènes, mais aussi impliqués dans l’auto-immunité) ainsi que dans l’activation des interleukines (médiateurs des cellules immunitaires). Fait intéressant, un tiers des gènes identifiés dans cette recherche ont déjà été impliqués dans d’autres maladies auto-immunes (telles que la maladie de Crohn et le diabète de type 1), indiquant un processus immunitaire commun à ces pathologies. Des recherches antérieures avaient suggéré un risque accru de sclérose en plaques chez les personnes déficientes en vitamine D. Parmi les gènes identifiés aujourd’hui, deux sont impliqués dans le métabolisme de cette vitamine, fournissant des pistes supplémentaires sur un lien possible entre les facteurs de risque génétiques et environnementaux. Ces travaux devraient ouvrir de nouvelles pistes de compréhension de la maladie et de recherche de nouveaux traitements.

En savoir plus

  • Le Wellcome Trust est une fondation mondiale de bienfaisance dédiée à la réalisation des projets innovants en matière de santé humaine et animale. Il finance les projets les plus brillants de recherche biomédicale et de sciences humaines en médecine. Il est indépendant des intérêts politiques et commerciaux https://www.wellcome.ac.uk
  • International Multiple Gernetics Consortium https://imsgc.org
  • Pour plus d’informations sur la sclérose en plaques, vous pouvez contacter l’association pour
    la recherche sur la sclérose en plaques en France https://www.arsep.org

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