CE17 - Recherche translationnelle en santé

Recherche pré-clinique sur les maladies provoquées par un dysfonctionnement de IM. – IMprove

IMprove

Recherche pré-clinique sur les maladies provoquées par un dysfonctionnement de IM.

Une encéphalopathie développementale et épileptique sans traitement

Le gène KCNQ2 code pour la sous-unité Kv7.2 du canal potassique Kv7/M, connu pour contrôler l'excitabilité neuronale dans le cerveau et la moelle épinière via le courant M (IM). Les variants pathogènes du gène KCNQ2 représentent la principale cause d'encéphalopathie épileptique précoce, conduisant au concept d'encéphalopathies épileptiques liées à KCNQ2 (KCNQ2-DEE). Les patients ont un phénotype remarquablement homogène au début avec des crises toniques fréquentes entraînant des contractions musculaires anormales et une apnée dans les premiers jours après la naissance. Cette phase orageuse de crises toniques associée à un EEG anormal dure de 2 à 15 semaines et fait généralement place à une période plus calme de crises rares et d'amélioration significative de l'EEG. Malgré cette apparente évolution positive en termes de crises, le processus de développement est définitivement altéré et conduit à une atteinte neurologique sévère et globale. La grande majorité des patients n'a pas de langage informatif, des comportement de type autistique et des troubles moteurs importants tels que tétraplégie, spasticité, ataxie, hypotonie globale ou dystonie. La prise en charge des patients KCNQ2-DEE est complexe car elle doit prendre en compte de multiples handicaps : moteur, cognitif et épileptique. Leur vulnérabilité est en effet majeure et multifactorielle : neurologique (via des crises toniques pouvant entraîner un état de mal épileptique et la mort), respiratoire, digestive et orthopédique, du fait d'un handicap moteur permanent. À ce jour, aucun des médicaments antiépileptiques disponibles n'a été démontré efficace dans KCNQ2-REE.

Le projet IMprove est nouveau car il s'appuie sur les résultats d'un précédent projet ANR qui a généré les concepts et les outils nécessaires à la construction du projet translationnel actuel. Nous avons pu produire des modèles uniques (une souris knock-in et des cultures neuronales humaines dérivées de cellules iPS de patients) qui font encore largement défaut dans le domaine et nous procurent un fort avantage concurrentiel. Nous sommes maintenant en mesure d'étudier les mécanismes pathogènes se produisant dans l'ensemble du cerveau de souris et directement dans des cultures neuronales humaines déficientes en Kcnq2. Nos résultats précédents ont révélé que l'hyperexcitabilité neuronale est transitoire, suggérant la mise en place progressive d'un phénomène de compensation dont l'origine est étudiée dans le projet actuel. Nos modèles permettent également d'évaluer la réponse au traitement et de traduire nos résultats au chevet du patient. La combinaison des expertises apportées par notre consortium nous permet d'aborder les multiples dimensions du sujet (de l'histoire naturelle chez les patients à l'étude des cultures neuronales humaines, des études omiques au phénotypage cognitif et moteur intégré, de la caractérisation électrophysiologique aux tests de molécules) . Chaque partenaire a démontré sa capacité à collaborer avec succès et à produire des publications de haut niveau.

Le partenaire 1 a produit de nouveaux modèles (souris KI et neurones humains dérivés d'iPS). Il a également produits des données omiques en réalisant du RNA-seq et des études protéomiques. Les premiers traitements des modèles ont commencé. Le partenaire 2 a montré que les souris porteuses du variant p.T274M présentent des crises d’épilepsie enregistrées (pour la plupart létales) dont la survenue diminue durant le développement. Ces troubles sont associés au niveau cellulaire à une réduction du courant M d’environ 30% et à une hyperexcitabilité neuronale. Le partenaire 3 a montré que le variant T274M provoque une anomalie d'excitabilité au niveau des interneurones du pacemaker central de la locomotion chez les jeunes animaux. Le partenaire 4 a produit des cellules souches neuronales humaines à partir de cellules pluripotentes de patients. Plusieurs lignées ont été obtenues. Le partenaire 5 a créé un registre national de patients KCNQ2. Ce registre pourrait être étendu au niveau européen dans les prochains mois et servira à mieux comprendre l'histoire naturelle de la maladie et à faire un suivi prospectif de la population de patients concernés. Des actions de communication ont été réalisées en direction des malades.

Notre perspective est telle que définie dans le projet initial et les délais seront respectés.

PLoS Biol 2020;18(11):e3000738.
doi: 10.1371/journal.pbio.3000738.
The M-current works in tandem with the persistent sodium current to set the speed of locomotion.
Verneuil J, Brocard C, Trouplin V, Villard L, Peyronnet-Roux J, Brocard F.

Epilepsia 2020;61(5):868-878.
doi: 10.1111/epi.16494.
A knock-in mouse model for KCNQ2-related epileptic encephalopathy displays spontaneous generalized seizures and cognitive impairment.
Milh M, Roubertoux P, Biba N, Chavany J, Spiga Ghata A, Fulachier C, Collins SC, Wagner C, Roux JC, Yalcin B, Félix MS, Molinari F, Lenck-Santini PP, Villard L.

bioRxiv 2020.05.12.090464; doi: doi.org/10.1101/2020.05.12.090464
Time-limited alterations in cortical activity of a Knock-in mice model of KCNQ2-related Developmental and Epileptic Encephalopathy.
Najoua Biba, Hélène Becq, Marie Kurz, Emilie Pallesi, Laurent Villard, Mathieu Milh, Pierre-Pascal Lenck Santini, Laurent Aniksztejn.

Le gène KCNQ2 code pour la sous-unité Kv7.2 du canal potassium Kv7/M, qui contrôle l'excitabilité neuronale dans le cerveau et la moelle épinière via le courant M (IM). Les variants pathogènes du gène KCNQ2 représentent la principale cause d'encéphalopathie épileptique précoce, ce qui a conduit au concept des encéphalopathies épileptiques liées à KCNQ2 (KCNQ2-REE). Les patients présentent un phénotype initial remarquablement homogène, avec des crises toniques fréquentes entraînant des contractions musculaires anormales et des apnées dans les premiers jours après la naissance. Cette phase orageuse de crises toniques dure de 2 à 15 semaines et donne généralement lieu à une période plus calme où les crises sont rares et à une amélioration significative de l'EEG. Malgré cette apparente évolution positive en termes de convulsions, le processus de développement est définitivement altéré et conduit à une atteinte neurologique sévère et globale. La grande majorité des patients n’a pas de langage, un comportement autistique et un affaiblissement moteur important avec tétraplégie, spasticité, ataxie, hypotonie globale ou dystonie. La prise en charge des patients KCNQ2-REE est complexe car elle doit considérer plusieurs handicaps: moteurs, cognitifs et épileptiques. Leur vulnérabilité est majeure et multifactorielle: neurologique (via des crises toniques pouvant conduire à un état de mal épileptique et au décès), respiratoire, digestive et orthopédique, en raison d'un handicap moteur permanent. Aucun des médicaments antiépileptiques disponibles n'a démontré son efficacité dans le traitement des patients KCNQ2-REE.
Le projet IMprove est nouveau car il s'appuie sur les résultats d'un projet ANR précédent qui a généré les concepts et les outils nécessaires au projet actuel. Nous avons pu produire des modèles uniques (cultures de neurones humains dérivés d'iPS de patients et souris knock-in) qui font encore largement défaut dans le domaine et nous fournissent un solide avantage concurrentiel. Nous sommes désormais en mesure d'étudier les mécanismes pathogènes survenant dans tout le cerveau de la souris et directement dans les cultures neuronales humaines déficientes en KCNQ2. Nos résultats précédents ont révélé que l'hyperexcitabilité neuronale est transitoire, suggérant la mise en place progressive d'un phénomène de compensation dont l'origine sera étudiée dans le projet actuel. Nos modèles permettent également d’évaluer la réponse au traitement et devrait nous conduire à terme au lit du malade. La combinaison d'expertises fournie par notre consortium nous permet d'aborder les multiples dimensions du sujet (de l'histoire naturelle chez les patients à l'étude des cultures neuronales humaines, des études omiques au phénotypage cognitif et moteur intégré, de la caractérisation électrophysiologique aux tests de molécules). Nous pensons que la nature multidisciplinaire de notre proposition accroîtra son potentiel translationnel et constituera un facteur de réussite essentiel, chaque partenaire ayant démontré sa capacité à collaborer avec succès et à produire des publications de haut niveau.
L’impact le plus important d’un tel projet sera de proposer de nouvelles approches thérapeutiques pour les patients KCNQ2-REE. Les encéphalopathies épileptiques précoces sont des maladies très graves, dépourvues d'options thérapeutiques satisfaisantes. Pour aller de l’avant, l'un des moyens est de mettre en oeuvre un tel projet préclinique pour ces maladies où la recherche clinique est difficile (petit nombre de patients, placebo non éthique, nécessité de suivi prolongé pour étudier le développement). Notre projet intègre une activité de dissémination innovante via la conception et l'organisation de formations pratiques sur la maladie destinées aux parents d'enfants atteints, à travers un cours expérimental de trois jours. IMprove est fortement soutenu par l'association KCNQ2-France, qui regroupe une large proportion des familles touchées par KCNQ2-REE.

Coordination du projet

Laurent Villard (Centre de Génétique Médicale de Marseille (Marseille Medical Genetics))

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

CECS CENTRE ETUDE DES CELLULES SOUCHES
Centre de référence Epilepsies Rares Service de Neurologie Pédiatrique
INT CNRS - Institut de Neurosciences de la Timone
INMED/INSERM UMR_S1249 Institut de Neurobiologie de la Méditerranée/INSERM UMR_S1249
MMG Centre de Génétique Médicale de Marseille (Marseille Medical Genetics)

Aide de l'ANR 651 508 euros
Début et durée du projet scientifique : septembre 2019 - 42 Mois

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