Etude des interactions motoneurones (axone)-cellules de Schwann sur des co-cultures de cellules humaines iPS issues de personnes porteuses de neuropathie génétique ou de personnes normales. Apports pour la compréhension des mécanismes physiopathologiques et pour les perspectives thérapeutiques.

Study of motor neuron (axon)-Schwann cell interactions in co-cultures of human iPS cells from people with genetic neuropathy or from normal people. Contributions to the understanding of physiopathological mechanisms and to therapeutic perspectives.

• Auteur / Autrice : Camille Scherrer
• Direction : Frédéric Favreau, Pierre-antoine Faye
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Biologie Chimie Santé mention Neurosciences
• Date : Inscription en doctorat le 16/09/2022
• Etablissement(s) : Limoges
• Ecole(s) doctorale(s) : Biologie, Chimie, Santé
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : NEURopathies et Innovations Thérapeutiques

Mots clés

Mots clés libres

Cellules iPS

Approche mécanistique

Coculture cellulaire

IPS cells

Mechanistic approach

Cellular co-culture

Résumé

L'amélioration de la santé humaine est un enjeu sociétal extrêmement important. Les maladies touchant l'Homme peuvent être innées (maladies génétiques héréditaires) ou acquises (dues à des facteurs extérieurs). Les neuropathies périphériques constituent un problème de santé publique majeur car on estime en France une prévalence de 700 000 personnes, qui restent, en l'absence de traitement pharmacologique efficace, dans l'impasse thérapeutique. Décrite en 1886, la neuropathie périphérique d'origine héréditaire la plus fréquente est la maladie de Charcot-Marie-Tooth (CMT) et a une prévalence dans la population de 1/2 500 soit environ 26 000 patients en France. Cette neuropathie périphérique est dite sensitivo-motrice, c'est-à-dire qu'elle va affecter aussi bien les capacités motrices d'un individu que ses capacités sensitives (Vallat et al, 2013). L'expressivité de cette maladie est très variable, allant de formes très sévères chez l'enfant, pouvant conduire à la mort, jusqu'à des formes peu sévères d'apparition tardive chez l'adulte (Lerat et al, 2017 et Lerat et al, 2019). Plus de 90 gènes ont été mis en évidence dans ces formes génétiques (Timmerman et al, 2014). Dans notre laboratoire, nous nous intéressons entre autres au gène GDAP1, dont les fonctions protéiques ne sont pas encore bien établies (Miressi et al, 2021). Il semblerait que cette protéine soit impliquée dans les interactions mitochondrie-réticulum endoplasmique, ou la mise en place du réseau mitochondrial voir dans la fusion/fission mitochondriales. Cependant, il faut noter que bien que ce gène soit présent dans toutes les cellules de l'organisme, les mutations de GDAP1 ne sont délétères que pour les motoneurones et/ou pour l'interaction Motoneurones / Cellules de Schwann / Cellules Musculaires. Malheureusement, ces nerfs sont impossibles à prélever dans leur totalité chez un individu, ce qui en complique l'étude, et les modèles animaux ou cellulaires disponibles ne représentent pas fidèlement la pathologie humaine. Afin de mieux comprendre les mécanismes physiopathologiques impliqués et de pouvoir tester des stratégies thérapeutiques, nous avons développé, au sein de notre laboratoire, la technologie innovante des cellules souches induites à la pluripotence (iPSC) (Faye et al, 2016 - 2020) afin d'obtenir des motoneurones issus à l'origine de fibroblastes de patient porteur d'une mutation délétère sur le gène GDAP1. Pour ce projet, nous nous focaliserons sur la création d'un modèle de tri-culture Motoneurones / Cellules de Schwann / Cellules Musculaires sur la base de notre expertise en culture cellulaire de Motoneurones ou de Cellules de Schwann ainsi que des modèles de CoCulture développés et maitrisés au laboratoire. La deuxième partie de ce projet sera d'étudier le rôle d'une mutation du gène GDAP1 au sein des motoneurones sur l'interaction avec les autres populations cellulaires d'intérêt grâce au modèle de coculture, et en particulier leur viabilité, transmission des signaux (neurotransmetteurs), structures lipidiques … et en perspectives de tester l'efficacité de molécules thérapeutiques actuellement à l'étude au sein du laboratoire. Ce projet permettra de mieux appréhender les mécanismes physiopathologiques intercellulaires responsables de neuropathie périphérique induite par une mutation non-sens sur un gène exprimé au niveau des motoneurones pour pouvoir développer à terme des approches thérapeutiques novatrices.

Improving human health is an important societal issue. Diseases affecting humans can be inherited (hereditary genetic diseases) or acquired ( external factors). Peripheral neuropathies are a major public health problem, with an estimated prevalence of 700,000 people in France, who, in the absence of effective pharmacological treatment, remain at a therapeutic impasse. Described in 1886, the most common hereditary peripheral neuropathy is Charcot-Marie-Tooth (CMT) disease, with a prevalence in the population of 1/2,500, i.e. approximately 26,000 patients in France. CMT is known as a sensitivo-motor condition, meaning that it affects both the motor abilities of an individual as well as their sensory abilities (Vallat et al., 2013). The expressivity of this disease is highly variable, ranging from severe forms in children, which can lead to death, to mild forms with late onset in adults (Lerat et al., 2017; Lerat et al., 2019). More than 90 genes have been identified in these genetic forms (Timmerman et al., 2014). In our laboratory, we are interested in the GDAP1 gene, among others, whose protein functions have not yet been well established (Miressi et al., 2021). It seems that this protein is involved in mitochondria-endoplasmic reticulum interactions, establishment of the mitochondrial network, or even mitochondrial fusion/fission. However, it should be noted that although this gene is present in all cells of the organism, GDAP1 mutations are only deleterious to motor neurons and/or to the motor neuron/Schwann cell/muscle cell interaction. Unfortunately, these nerves cannot be collected in their entirety from an individual, which complicates their study, and the available animal and cell models do not accurately represent human pathology. To better understand the pathophysiological mechanisms involved and to test therapeutic strategies, we developed an innovative technology for induced pluripotent stem cells (iPSC) (Faye et al., 2016–2020) to obtain motor neurons originally derived from fibroblasts of patients carrying a deleterious mutation in the GDAP1 gene. For this project, we will focus on the creation of a tri-culture model of motorurons/Schwann cells/muscle cells based on our expertise in Motoneurons or Schwann Cells cell culture as well as CoCulture models developed and mastered in the laboratory. The second part of this project will be to study the role of a GDAP1 gene mutation in motor neurons in the interaction with other cell populations of interest, thanks to the coculture model, and in particular, their viability, signal transmission (neurotransmitters), lipid structures, etc., and to test the efficiency of therapeutic molecules currently under study in the laboratory. This project will allow a better understanding of the intercellular physiopathological mechanisms responsible for peripheral neuropathy induced by a nonsense mutation in a gene expressed in motor neurons in order to develop innovative therapeutic approaches.