Métabolisme de l'ARN dans la biologie axonale et le transport vésiculaire : étude de la dystrophie myotonique de type 1 – RAVEN

Le métabolisme complexe de l’ARN régule le répertoire moléculaire et la fonction cellulaire des neurones, en coordonnant la synthèse protéique dans l’espace et le temps et en contrôlant le développement neuronal, la polarité et la connectivité synaptique. Lorsque cette régulation fine est perturbée, elle peut entraîner des pathologies sévères, comme la dystrophie myotonique de type 1 (DM1). Cette maladie multisystémique résulte de l’expansion anormale d’une répétition CTG non codante, conduisant à l’accumulation d’ARN toxiques qui interfèrent avec des protéines essentielles. DM1 est un modèle clé de toxicité de l’ARN, apportant un éclairage unique sur les anomalies du traitement de l'ARN dans le développement neuronal et la neurodégénérescence.

Bien que la DM1 ait d’abord été étudiée pour ses symptômes musculaires, des preuves solides montrent qu’il s’agit aussi d’une maladie cérébrale, marquée par de graves troubles cognitifs et comportementaux. Cependant, ses mécanismes neuropathologiques restent mal compris, ce qui freine le développement de traitements ciblant le système nerveux central. Nos travaux remettent en question le modèle actuel : nous observons que la DM1 perturbe la structure axonale, le transport vésiculaire et les voies de signalisation intracellulaires. En particulier, nous avons identifié des anomalies morphologiques et fonctionnelles du segment initial de l'axone (AIS), un site clé pour l'initiation du potentiel d'action et le chargement vésiculaire, ainsi qu’un trafic vésiculaire synaptique altéré et une activité kinase perturbée.

Ce projet vise à étudier les mécanismes physiopathologiques du dysfonctionnement neuronal dans la DM1, en combinant neurobiologie moléculaire, imagerie haute résolution, transcriptomique, protéomique et électrophysiologie. Notre approche repose sur quatre axes. D'abord, nous caractériserons en profondeur la morphologie et la fonction axonales des neurones DM1, avec un focus particulier sur l’AIS. Grâce à l’imagerie en temps réel et aux matrices de multiélectrodes de haute densité couplées à des circuits microfluidiques, nous évaluerons comment les anomalies de l’AIS affectent la fonction et la plasticité neuronales en réponse à l’activité synaptique. Ensuite, nous analyserons les défauts du transport axonal dans des cellules vivantes en utilisant des méthodes innovantes de suivi vésiculaire, combinant des traceurs fluorescents codés génétiquement et des nanodiamants fluorescents. Puis, nous réaliserons des analyses transcriptomiques et phosphoprotéomiques subcellulaires pour examiner comment la DM1 altère la localisation des ARN et la signalisation moléculaire avec une résolution inégalée. Enfin, en nous appuyant sur ces découvertes, nous explorerons des stratégies thérapeutiques ciblées, incluant la thérapie génique et la modulation de kinases, dans le but d’atténuer ou d’inverser les phénotypes neuronaux de la DM1.

Notre étude repose sur un modèle murin transgénique unique de la DM1, développé par le laboratoire coordinateur, qui reproduit les principales caractéristiques moléculaires et neurologiques de la maladie. Pour assurer la pertinence translationnelle, nos résultats seront validés sur des neurones dérivés d'iPSC humaines et des tissus cérébraux post-mortem.

Ce projet réunit trois équipes aux expertises complémentaires en production de modèles murins transgéniques, neurobiologie, multi-omiques, microfluidique et biophotonique. L'approche interdisciplinaire du consortium est non seulement un atout, mais une nécessité pour aborder la complexité neurologique de la DM1.

En clarifiant les mécanismes du dysfonctionnement axonal et synaptique dans la DM1, nous révélerons des processus pathologiques cérébraux encore inexplorés. Ce travail ouvrira la voie à de nouvelles approches thérapeutiques, non seulement pour la DM1, mais aussi pour d'autres maladies neurologiques impliquant l'expression d'ARN toxique, dont la DM1 est le prototype.