DS0407 - Exploration du système nerveux dans son fonctionnement normal et pathologique

Dialogue entre protéases et "perineuronal net": du développement à l'âge adulte – P2N2

Dialogue entre protéases et le perineuronal net: du développement à l'adulte

La baisse de plasticité avec l'âge est un obstacle majeur à la récupération cérébrale. Lors du développement, la fermeture de périodes plastiques (les périodes critiques) est caractérisée par la formation d'une matrice spécialisée, le perineuronal net (PNN) autour des interneurones FS-PV. Détruire le PNN réouvre des voies plastiques lors du développement. Nous pensons que les cellules autour du PNN sécrètent certaines protéases qui pourraient être des médiateurs critiques des fonctions du PNN.

Objectif principal

P2N2 examinera le dialogue entre quelques protéases clefs (tPA, ADAMTS 4, 8, 9 et 15 et gélatinases) et le PNN des interneurones FS-PV corticaux. Grâce à des outils génétiques et moléculaires/cellulaires originaux, P2N2 visera à définir comment les protéases influencent les fonctions du PNN et des interneurones FS-PV, apportant ainsi de nouvelles connaissances fondamentales sur la plasticité cérébrale physiologique, pouvant se traduire par des pistes thérapeutiques pour plusieurs atteintes neurologiques.

Pharmacology: DREADDs, protéines recombinantes dont des mutants du tPA, ChABC
Souris génétiquement modifiées: tPA KO, ADAMTS4 KO, tPA/ADAMTS-4 double KO, ADAMTS5 KO, ADAMTS9 KO, ADAMTS15 KO, OTX2 KO, tPAfloxX Emx1-Cre (to knock out tPA dans les cellules pyramidales)…
Histology: WFA, VVA (Vicia villosa agglutinin), CSPGs (AB1031, CAT-301 and CAT-315…), parvalbumin
Techniques de pointe: IRM et comportement, modèles d'AVC, patch clamp, single-cell RT-PCR, transgenèse par AAV

Le Partenaire 1 a identifié un phénotype original chez les souris ADAMTS4 KO : physiologiquement, ces souris présentent d’importants déficits moteurs, confirmés par plusieurs tests : actimétrie, rotarod, open field et catwalk (article en révisions à Glia). Ces souris exprimeraient plus de marqueurs des PNN (WFA et aggrecan), suggérant un rôle de cette protéase dans le métabolisme des PNN. Une première série d’expériences en cours d’analyse compare des souris sauvages ou ADAMTS-4 KO : ischémie focale permanente +/- entrainement réadaptatif pendant 3 semaines, avec volumétrie en IRM, analyses comportementales et histologiques.
Le Partenaire 2 a, après caractérisation électrophysiologique en patch-clamp, analysé par single cell RT-PCR 45 gènes le phénotype cellulaire et l’expression d’acteurs impliqués dans la synthèse ou le métabolisme du PNN. Ils ont ainsi établi un profil d’expression différentiel entre neurones pyramidaux (n=14), interneurones FS-PV (n=14) et astrocytes (n=10) pour les composants du PNN (ex. aggrecan dans les FS-PV, phosphacan/glypican/syndecan dans les astrocytes) et pour certaines protéases (ADAM, ADAMTS et metalloproteases dans les neurones). Ceci indique une coopération entre neurones et glie pour le métabolisme du PNN. Le Partenaire 2 a aussi généré des AAV Cre-dépendants codant pour des DREADDS excitateurs ou inhibiteurs, dont la validation est soit faite soit en cours par injection in vivo et enregistrements électrophysiologiques sur tranches de cortex.
Le Partenaire 3 a construit un mini-gène pour l’expression d’un anticorps simple-chaine (scFv) qui reconnaît spécifiquement le Chondroitin Sulfate E (CSE). Des AAV exprimant scFv-CSE secrété et taggé myc ont été développés et sont en cours de validation.
Le Partenaire 3 a injecté de l’Otx2 dans le cortex visuel de souris âgées de 17 jours et a observé l’augmentation d’expression après 6 heures et jusqu'à 24 heures de certaines metalloprotéases dans des cellules de la couche IV du cortex.

Nous espérons améliorer notre connaissance de comment des protéases clés peuvent influencer le métabolisme et les fonctions du PNN. En concevant des outils originaux, nous espérons aussi traduire nos découvertes en des stratégies thérapeutique pour certaines atteintes du système nerveux central.

Pruvost M, Lepine M, Leonetti C, Etard O, Naveau M, Agin V, Docagne F, Maubert E, Ali C, Emery E and Vivien D. ADAMTS-4 in oligodendrocytes contributes to myelination and motor function. En revisions (Glia)

Le potentiel plastique du cerveau diminue avec l'âge, ce qui constitue un obstacle majeur à la récupération lors d’atteintes ou de maladies du système nerveux central. Au cours du développement post-natal, la fermeture des périodes de plasticité active, appelées périodes critiques, est caractérisée par deux événements moléculaires clés : la formation d'une matrice extracellulaire spécialisée, le « perineuronal net » (PNN), qui entoure les interneurones corticaux dits Fast-Spiking Parvalbumin (FS-PV) et l'accumulation concomitante de la protéine OTX2 (orthodenticle homeobox 2) dans les interneurones FS-PV. Des contrôles réciproques entre ces acteurs pourraient avoir un impact majeur dans la physiopathologie cérébrale, en particulier sur la plasticité synaptique, la neurorégénération, et l'équilibre entre neurotransmissions excitatrices et inhibitrices.
Cibler le PNN, notamment par digestion enzymatique (chondroïtinase ABC, hyaluronidase), a prouvé son efficacité dans la réinstauration d’une certaine plasticité cérébrale. Nous émettons donc l'hypothèse que les protéases sont des médiateurs essentiels des fonctions du PNN et suggérons que chaque type cellulaire bordant le PNN (les FS-PV, les neurones pyramidaux et les cellules gliales) serait spécialisé dans la sécrétion spécifique de protéases liées au métabolisme du PNN.
Ce projet vise à étudier le dialogue entre des protéases extracellulaires clés (l’activateur tissulaire du plasminogène -tPA, des membres de la famille A Disintegrin And Metalloproteinase with Thrombospondin Motifs -ADAMTS4, 8, 9, et 15 et les gélatinases) et le PNN des interneurones corticaux FS-PV. Grâce à des outils cellulaires et moléculaires / génétiques dédiés, notre projet vise à découvrir comment les protéases influencent les fonctions du PNN et des interneurones FS-PV. En plus d'apporter de nouvelles connaissances fondamentales sur la physiopathologie de la plasticité du cerveau, notre projet pourra déboucher sur des perspectives thérapeutiques de certains troubles neurologiques.

Coordinateur du projet

Madame Carine Ali (serine proteases and pathophysiology of the neurovascular unit)

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

INSERM U919 serine proteases and pathophysiology of the neurovascular unit
CIRB, CNRS UMR 7241- Inserm U1050 Equipe Développement et Neuropharmacologie (Centre Interdisciplinaire de Recherche en Biologie)
UPMC UM119, CNRS UMR8246, INSERM U1130 Cortical Network and Neurovascular Coupling

Aide de l'ANR 471 544 euros
Début et durée du projet scientifique : octobre 2015 - 36 Mois

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