SAMENTA - Santé Mentale et Addictions

Mental Retardation and Neuronal Networks Malformation – disable cortex

Retard mental et malformation des reseaux neuronaux

Les malformations du développement cortical cérébral sont de causes majeurs de retard mental et d'épilepsie. Bien que le lien entre la malformation corticale et les manifestations cliniques a été bien établi, les mécanismes physiopathologiques sous-jacents sont encore mal élucidés. Ici nous proposons d'étudier le développement et le fonctionnement des réseaux neuronaux corticaux dans un modèle de <br />hétérotopie en bande sous-corticale chez le rat induite par l’inactivation in utero du gène DCX

Montrer le substrat morpho-fonctionnel des altérations cognitives observées chez les patients atteints de malformations corticales et ouvrir de nouvelles perspectives thérapeutiques pour ces troubles

En utilisant des approches morpho-fonctionnelle, nos recherches visent à décrire le réseau cortical dans le cortex normal et malformé (chez les rats knockdown DCX) et à fournir des indications sur son fonctionnement. Notre projet propose également d'étudier l'impact du « silence électrique » imposée aux neurones mal positionnées afin de préciser si l’altération du développement fonctionnel est un facteur clés du dysfonctionnement cognitif, et à émettre l'hypothèse que ces modifications peuvent être épargnées.

Le projet a été développé sur un modèle animal relativement bien documenté de malformation corticale, le DCX-KD de rat qui reproduit le syndrome humain de double cortex grâce à l'intervention dans des embryons de rat pour réduire l'expression du gène causal, le DCX. Ces animaux développent avec l'âge un état épileptique chronique qui rappelle la clinique humaine. Dans notre premier objectif nous avons identifié par des enregistrements vidéo-EEG l'âge d'apparition de l'épilepsie et caractérisé le phénotype électroclinique de cette condition. Ceci a permis de déterminer une fenêtre de temps pendant laquelle l'altération corticale n'associe pas les manifestations épileptiques (jeunes animaux), permettant d'étudier l'architecture et la fonction des réseaux neuronaux ainsi que l'analyse comportementale sans interférence de l'épilepsie, en accord avec l'objectif principal du projet. Les réseaux neuronaux ont été étudiés en utilisant des vecteurs viraux pour le suivi axonal. La connectivité intra-corticale fonctionnelle a été étudiée avec une technique d’électrophysiologie mise en œuvre en laboratoire (photo-stimulation par balayage laser du glutamate en cage (collaboration avec le Dr Bureau). Une batterie d'essais comportementaux a évalué la fonction corticale de ces animaux.

Dans le cadre de ce projet nous avons en premier lieu décrit chez un modèle animal original de malformation corticale (le rat DCX-KD) les altérations morphe-fonctionnelles des réseaux neuronaux corticaux. Nous avons ensuite montré que l'altération morphe-fonctionnelle corticale impacte légèrement le fonctionnement du cortex somato-sensoriel et faiblement les capacités cognitives des animaux. Ces résultats montrent ainsi les capacités du SNC en développement à compenser les altérations importantes des réseaux corticaux, du moins dans les cas des affectations unilatérales. Ainsi, nous proposons que les altérations cognitives décrites chez les patients soient à la fois liées à: i) l'étendue de la lésion, ce que nous pourrions l'analyseur dans un modèle plus sévère de double cortex et/ou ii) la condition épileptique. Des études en cours au sein de l 'équipe abordent ces deux questions avec l' ambition de mieux comprendre les bases physiopathologiques des syndromes de malformation corticale. Les résultats obtenus dans le cadre de ce projet ont permis de mettre en évidence qu'il est possible de manipuler l'activité des réseaux mal-formés et réduire l'excitabilité des réseaux impliquées . Nous espérons maintenant évaluer si cette manipulation permet de moduler les manifestations cliniques spontanées et ouvrir des nouvelles perspectives thérapeutiques.
Dans son ensemble nos résultats mettent en avant les altérations cognitives des patients avec malformation corticale,mais les complexes interactions possibles avec les manifestations épileptiques restent encore à élucider.

Nos résultats nous ont permis d’avancer significativement dans la compréhension des conséquences de malformations corticales, notamment celle liées aux retards de migration dans le cortex somato-sensoriel, et de leur lien avec les manifestations cognitives. Nous avons ainsi décrit des altérations de l’organisation des réseaux neuronaux corticaux et montré une perturbation remarquable de l’organisation des connexions intra-corticales. Nous avons cependant montré que le fonctionnement cortical n’est que modérément altéré, à la fois en termes de discrimination somato-sensorielle et en terme des fonctions cognitives. Nous efforts sont destinées maintenant à évaluer si la compensation fonctionnelle développementale est corrélée à l’étendue de l’altération en évaluant un modèle animal plus sévère, « bilatéral », récemment mis au point dans l’équipe. Nos études fonctionnelles ont impliqué des animaux n’ayant pas encore développée de manifestations épileptiques, ce qui suggère que les altérations cognitives décrites chez les patients seraient plutôt occasionnées par l’épilepsie et non pas par la malformation. Cette hypothèse sera abordée en étudiant des animaux plus âgés, au moment où ils développent des manifestations épileptiques spontanées. Dans l’ensemble, ces données pourraient avoir un impact dans la prise en charge des patients. Nos données montrent enfin qu’il est possible de manipuler l’activité des réseaux malformés, ce qui devrait modifier l’évolution de la pathologie et/ou les manifestations cliniques, ce que nous sommes en train d’analyser. Cette dernière approche pourrait ouvrir des perspectives thérapeutiques innovantes.

Disable Cortex a permis la publication d’un article original en Annals Neurol et d’un article de review. Trois autres publications sont en cours d’écriture. Le travail a été l’objet de 24 conférences dans des congrès internationaux, de 3 séminaires nation

Les malformations du développement cortical cérébral sont de causes majeurs de retard mental (Barkovich et al. 2005; Guerrini et al., 2002). L’imagerie cérébrale à haute résolution a facilité l’identification in vivo de divers phénotypes de malformation corticale, y comprise l’héterotopie sous-cortical en bande (doublecortex) et les lissencéphalies, principalement liées à des mutations du gène DCX.
Bien que le lien entre la malformation corticale et les manifestations cliniques a été bien établi, les mécanismes physiopathologiques sous-jacents sont encore mal élucidés. Dans ce projet nous proposons d'étudier le développement et le fonctionnement des réseaux neuronaux corticaux dans un modèle de hétérotopie en bande sous-corticale (doublecortex) chez le rat induite par l’inactivation in utero du gène DCX. Notre l'ambition est d’établir des corrélats morpho-fonctionnelle pour des troubles neurologiques liés à ce type des malformations corticales. Nos principales tâches sont:
1) Décrire la connectivité neuronale des neurones ectopiques (connexions afférentes et efférentes) et ceux du cortex adjacent. Une attention particulière sera consacrée à la connectivité entre la bande hétérotopique et le cortex "normotopique". Cette tâche vise non seulement à décrire la répartition des voies axonale mais aussi à identifier les neurones cibles et d'évaluer la fonctionnalité de ces connexions. Dans ce but les projections axonales seront marqués avec différents outils de biologie moléculaire et analysés à l'aide immunohistochimie, l'électrophysiologique (extracellulaire ou des enregistrements de patch-clamp) qui aideront à identifier les connexions en combinaison avec la photostimulation et les méthodes optogénetiques.
2) associé à la tâche précédente, nous cherchons à évaluer les modifications fonctionnelles induites par l'hétérotopie, avec un effort particulier consacré à évaluer les altérations cognitives en utilisant une variété de tests comportementaux.
3) Enfin, nous avons émis l'hypothèse que la connectivité anormale et l'activité des neurones ectopiques est responsable de la modification structurelle et fonctionnelle du cortex normotopic. Nous avons donc prédit que la suppression de l'excitabilité des neurones ectopiques se traduirait par la récupération du phénotype, fournissant ainsi une justification à des recherches thérapeutiques ultérieures. Pour résoudre cette hypothèse, nous proposons de transfecter des neurones ectopiques avec des canaux potassiques rectifiants, lesquels hyperpolariseront les neurones ectopiques transfectées (en cas de co-transfectées avec les constructions Dcx shRNA) en les imposant un « silence électrique ». En utilisant des vecteurs d'expression conditionnelle l'impact de silence électrique au début vs retard sera étudié.
Notre projet permettra d'améliorer notre connaissance des bases physiopathologiques des déficits cognitifs liés à des troubles de migration corticale et ouvrir de nouvelles perspectives thérapeutiques.

Coordinateur du projet

INMED (Laboratoire public)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

INMED
Laboratoire de Neurosciences Cognitives

Aide de l'ANR 634 494 euros
Début et durée du projet scientifique : mai 2012 - 48 Mois

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