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Chorée – JC Cassel La chorée de Huntington (danse de Saint-Guy) - Modèles animaux George Huntington, 1850-1916

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Chorée – JC Cassel

La chorée de Huntington(danse de Saint-Guy)

-Modèles animaux

George Huntington, 1850-1916

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Chorée – JC Cassel

Plan du cours

INTRODUCTION Trois anecdotes Généralités Vidéo

I. PHYSIOPATHOLOGIE Anatomopathologie Histologie grossière IRM Histopathologie Bases génétiques

II. MODELISATION Modèles génétiques

- KO- KI

Modèles lésionnels- Modèles excitotoxiques

- Modèle « énergétique » : 3-NP

III. TRAITEMENTS DANS LES MODELES Protection / toxicité glutamate Supplémentation énergétique Facteurs neurotrophiques

- CNTF- BDNF

Transplantations- neurones fœtales- cellules souches

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La chorée de Huntington(danse de Saint-Guy)

-Modèles animaux

INTRODUCTION – 3 ANECDOTES

* * * * * * *

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Chorée – JC Cassel

Maladie sortie de l’ombre par la musique Folk (Woody Guthrie en est mort en 1967 après une très brillante et très influente carrière dans le folk ; son fils Arlo,figure influente du mouvement hippy, fait aussi carrière dans le folk ; il n’est pas atteint par la maladie. 2 des 5 enfants de Woody, issus de deux mariages, le seront)

Woody (1912-1967)

Arlo (1947-)

Anecdote 1 : Woody Guthrie, le folk et la chorée

Ici, vers 50, alors que sa santé se dégradait depuis 4 ans ; décrit comme imprévisible, erratique.

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Pat Hanly, 1932-2004, à 62 ans

Anecdote 2 : Pat Hanly, peu avant qu’il ne dut cesser de peindre (problèmesmoteurs)

et 10 ans avant sa mort…

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Chorée – JC Cassel

Sarah Winckless, née 1973, porteuse du gène de la maladie de Huntington; 9 ème aux J.O. de Sydney en aviron (2000, 27 ans), deux de couple

J.O. d’Athènes (2004, 31 ans) en aviron, deux de couple, et c’est…

LE BRONZE !

Anecdote 3 :

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Anecdote 1-3 : que peut-on en retenir ?

Que la chorée de Huntington :

ne se déclare pas immédiatement chez le sujet atteint,(en fait, sa déclaration est « assez » tardive)

n’empêche pas une vie normale avant sa déclaration(athlète, artiste, chanteur folk très populaire…)

a un support génétique, mais n’est pas forcément transmise à la

descendance (Woody vs. Arlo Guthrie; Woody a eu deux enfants atteints sur 5)

a des conséquences sur les fonctions psychiques

a des répercussions sur les fonctions motrices

atteint (indifféremment?) les deux sexes

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La chorée de Huntington(danse de Saint-Guy)

-Modèles animaux

I. PHYSIOPATHOLOGIE

* * * * * * *

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Chorée – JC Cassel

I.1. Aspect général d’un(e) Huntington

Patiente de 29 ans, 5 ans d’évolution; dystonie des doigts, marasme intellectuel et physique (décès un mois après la prise de vue)

Patient de 49 ans, 8 ans d’évolution, dément. Garde une certaine autonomie. Dystonie des bras. Peu de mouvements choréiques

Patiente de 34 ans, mère de famille. Capable d’effectuer ses tâches ménagères. 5 ans d’évolution. Intelligence normale. Mvts choréiques amples.

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I.2. Définitions

Athétose : Type de mouvement plutôt lent, sinueux, qui résulte de l'association de plusieurs mouvements alternatifs plus élémentaires et qualitativement diminués par rapport à la normale (mouvements grossiers, persistants, hypertoniques, diffus). Déformation tonique avec arrêt et maintien du mouvement dans une attitude dystonique.

Bradykinésie : Trouble moteur résultant d'une rigidité musculaire qui se manifeste par des mouvements ralentis des doigts et la perte des mouvements fins comme ceux de l'écriture.

Choréiforme : renvoie à des perturbations qui se situent au niveau des mouvements et qui se traduisent entre autres par de l'incoordination, des spasmes ou de la parésie (paralysie incomplète).

Dyskinésie : Perturbation qui se situe au niveau des mouvements et qui se traduit entre autre par de l'incoordination, des spasmes ou de la parésie.

Dystonie : Tonicité anormalement faible ou exagérée.

Myoclonies : Contraction brève, involontaire et relativement stéréotypée qui affecte un segment de muscle

Tics : Mouvement involontaire, stéréotypé, brusque, répétitif et sans but, affectant surtout le visage et dont l'inhibition volontaire n'est possible que pour une courte période.

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grec Khoreia (danse; Paracelsus, vers 1531, un alchimiste du XVI° siècle)

1692, Salem, MA : procès des sorcières par les colons. Elles sont brûlées car considérées comme possédées par le diable !

Décrite en 1872 par George Huntington (USA; publis norvégiennes 1860)

En fait, Huntington la diagnostiqua pour la première fois à la pointe Est de Long Island. Il avait remarqué qu'elle « courait » dans les familles.

Des travaux ultérieurs révélèrent que les cas de Long Island faisaient partie d'un arbre familial beaucoup plus vaste originaire de la Nouvelle-Angleterre.

On avait détecté plus d'un millier de cas dans les douze générations de cette lignée. Tous descendaient de deux frères qui avaient émigré du Suffolk (Sud-est de l’Angleterre) en 1630 (une partie au moins de ces cas étaient des « sorcières » de Salem).

Maladie neurologique autosomique dominante (Chromosome 4 – 1983; gène – 1993)

I.3. Chorée de Huntington : généralités (1)

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Touche les deux sexes

Se manifeste en général entre 30 et 40 ans (10% = forme juvénile; 10% forme plus tardive, vers 60 ans), Sexe ratio = 1.

env. 1 personne sur 10000 affectée (à peu près 6000 cas en France) env. 3 personnes sur 10000 sont porteuses du gène

une fois déclarée, en général 3 phases Mouvements brusques, involontaires et saccadés qu'on appelle choréiques (danse) + troubles de l’équilibre (chronologie: affectent d’abord les yeux, puis la région orofaciale, puis la tête, puis le tronc, puis le bras et, finalement, survient la danse) Troubles du comportement (irritabilité) et de l'humeur, caractère dépressif (suicide), délire, hallucinations, Altération progressive des fonctions cognitives/intellectuelles,

Perte d'autonomie débouchant sur une grabatisation. Fatale en 15 à 20 ans (en moyenne 17 ans) INCURABLE (à ce jour)

I.3. Chorée de Huntington : généralités (2)

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La chorée définit un état de mouvements spontanés, excessifs, irrégulièrement cadencés, distribués au hasard et abruptes. Leur sévérité peut aller d’une légère agitation à un flot continu de mouvements invalidants très violents, en passant par des exagérations intermittentes de gestes ou d’expressions.

Il s’agit donc d’une maladie très handicapante sur les plans de la vie quotidienne, professionnelle et sociale.

Sur le plan de la pathologie cognitive, on parle le plus souvent d’une symptomatologie de type frontal (même si lésions frontales peu ou pas présentes) associant :

difficulté à rappeler des souvenirs ralentissement des processus de traitement de l’information inflexibilité cognitive comportement persévératif difficultés attentionnelles difficultés à acquérir de nouvelles informations

I.3. Chorée de Huntington : généralités (3)

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Chorée – JC Cassel

I.3. Chorée de Huntington : généralités (4)

SEQUENCES VIDEO…

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PUTAMEN

PALLIDUM EXTERNE

NOYAU SUBTHALAMIQUE

SUBSTANCE NOIRE PALLIDUM INTERNE

THALAMUS

CORTEX

DAGABA

GABA

GABA

GLUTAMATE+

PARK

AKINESIE

HUNTINGTON

CHOREE

I.3. Chorée de Huntington : généralités (5): HUNTINGTON vs. PARKINSON

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I.4. Anatomopathologie : atrophie du noyau caudé et du putamen (1)

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I.4. Anatomopathologie : atrophie du noyau caudé et du putamen (2)

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I.5. Post mortem : examen histologique assez grossier

                                                                         

                       

                                                                         

                       

Sujet sain

Sujet malade

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I.6. Cinq stades sur la base de critères histologiques

Grade 0: pas d’atrophie évidente du néostriatum, pas de perte neuronale, pas d’augmentation du nombre d’astrocytes

Grade 1: on constate une légère diminution du nombre de neurones au microscope et une augmentation de celui d’astrocytes (sans atrophie néostriatale)

Grade 2: même chose avec atrophie néostriatale légère

Grade 3: atrophie striatale et applatissement du caudé médian et de la capsule interne

Grade 4: atrophie sévère du néostriatum, caudé médian et capsule interne concaves

NB: Stades 0-2, on trouve des cellules épineuses dans le striatum dont les dendrites présentent des modifications morphologiques telles que des recourbements sur elles-mêmes des extrémités et un accroissement du nombre d’épines dendritiques.

vs.

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I.7. Dégénérescence par apoptose : huntingtine

In vitro: cellules transfectées de sorte qu’elles expriment une huntingtine comportant 138 séquences CAG (patient à démarrage juvénile); cette huntingtine a été couplée à la GFP (visualisation en fluo). On voit : gros trafic au niveau cytoplasmique, agrégations des protéines, concentration nucléaire et apoptose

http://www.science.mcmaster.ca/biochem/faculty/truant/hunt.html

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I.8. IRM (imagerie à résonance magnétique nucléaire): principe de l’approche (1)

Méthode non invasive Reconstruction 3D d’une partie du corps, d’un organe ou d’une partie d’organe Basée sur l'application de gradients de champ magnétique dans les trois directions de l'espace lors d’une expérience de résonance magnétique (champ magnétique stable) Encodage spatial des noyaux (généralement d’hydrogène, car corps = 63% H2O) Algorithmes 3D coupes dans tous les plans de l’espace, soit 2D

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Chorée – JC Cassel

I.8. IRM : atrophie du noyau caudé et du putamen (2)

Témoins, n = 22

HD, n = 44

Kassubek et al., J. Neurol. Neurosurg. Psychiatry 75, 213

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I.8. IRM: atrophie du noyau caudé et du putamen (3)

HD vs témoins:Régions correspondant à une diminution

du volume de matière grise

A. Zones de diminution du signal corrrespondant à la matière grise par rapport aux témoins

B. Zones d’atrophie par rapport aux témoins chez un individu particulier atteint de chorée

C. …

Kassubek et al., J. Neurol. Neurosurg. Psychiatry 75, 213

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Chorée – JC Cassel

Déficits moteurs légers Déficits moteurs graves

Déficits cognitifs légers Déficits cognitifs graves

I.8. IRM : atrophie du noyau caudé et du putamen (4)

Analyse de covariance entre niveaux de déficit et signal tomographique (densité de matière grise) : échelle de gris vont de la co-variance la plus faible à la plus forte.

Kassubek et al., J. Neurol. Neurosurg. Psychiatry 75, 213

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I.9. Histopathologie dans le caudé et le putamen:

Gros interneurones(cholinergiques)

Neurones épineux de petite taille

Neurones lisses de taille moyenne(GABA, substance P et enképhaline)

Astrocytes réactifs

Afférences(dopamine, sérotonine, glutamate)

Modification

NON

NON

OUI

OUI

NON

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1.10. Chorée de Huntington : maladie génétique autosomale (dominante) (1)

No. of CAG

Repeats

Outcome

<26 Normal range; individual will not develop HD

27-35Individual will not develop HD, but the next generation is at risk

36-39Some, but not all, individuals will develop HD; next generation is also at risk

>40 Individual will develop HD

Le gène responsa-ble de la maladie comporte une zone dans laquelle 3 bases sont répétées un cer-tain nombre de fois (cytosine, adenine, guanine), et de mani-ère excessive dans le cas de la chorée.

Ce gène code pour la huntingtine, protéine (350 kDa) boostant le transport du BDNF à l’intérieur des cellules nerveuses et interagissant avec d’autres protéines (apoptose).

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Chorée – JC Cassel

I.10. Chorée de Huntington : maladie génétique autosomale (2)

Valeur prédicitive du nombre de CAG / Symptomatologie motrice (onset) ?

Dans la zone encadrée, pour un nombre de CAG compris entre 37 et 57, on trouve des déclarations de la maladie allant de 20 à un peu moins de 60 ans(par ex. 40 CAG, 37 à 70 ans).

La symptomatologie motrice est-elle le meilleur indicateur de la déclaration de la chorée ?

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Chorée – JC Cassel

Valeur prédicitive du nombre de CAG / première manifestation psychiatrique sévère ?

I.10. Chorée de Huntington : maladie génétique autosomale (3)

La symptomatologie psychiatrique n’est pas meilleur indicateur de la précocité de déclaration de la chorée par rapport au nombre de CAG? Au mieux ce type de corrélation montre-t-il qu’elle est une composante à part entière de la maladie.

La pente plus faible pourrait s’expliquer par un biais dans l’étude (sujets ayant présenté des manifestations psychiatriques au moins un an avant les symptômes moteurs)

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I.10. Chorée de Huntington : maladie génétique autosomalequ’en est-il des homozygotes ? (4)

Très rares : 1 étude portant sur 8 cas bien décrits (1 Ecos, 2 Aus, 3 Ital, 1 Cnd et 1 Fra) Comparaison / population d’hétérozygotes appariée selon le nombre de CAG

Homozygotes Hétérozygotes

Age 1ers sympt. mot. 57 ans 58 ansAge 1ers sympt. comp. 56 ans 58 ansNombre de CAG 46 42Durée avant alitement 6 ans 12 ansDurée avant sévèrealtération mentale 2 ans 10 ans

≠ env. 2,5 ans

≠ > 10 ans

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En résumé :

Maladie à support génétique (Chr 4, Gene IT15)

Synthèse d’une huntingtine comportant trop de triplets CAG

Déclaration plus ou moins tardive (fn(CAG)); en moyenne vers 35 ans

Atteinte des noyaux caudé et putamen (atrophie striatale; subst. grise)

Ne touche pas les neurones cholinergiques ni les afférences striatales

La dégénérescence touche les neurones GABA, Subst. P et Enk

S’accompagne d’une prolifération astrocytaire

Troubles moteurs à évolution progressive (dyskinésie, hyper puis hypo)

Troubles cognitifs de type frontaux (mémoire anté- et rétrograde, ralentissement des fonctions mentales)

Fatale en 15 à 20 ans

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La chorée de Huntington(danse de Saint-Guy)

-Modèles animaux

II. MODELISATION- Modèles génétiques

* * * * * * *

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II.1. Modélisation génétique : la souris KO ou KI

Littéralement, on procède à une modification du génome d’un animal entier (transgénique) en intervenant au stade le plus précoce de sa formation (œuf, cellule souche).

KO, pour knock-out = on inactive un ou plusieurs gènes KI, pour knock-in = on introduit un ou plusieurs gènes

Techniques multiples avec des rendements variables :- injection de matériel génétique dans l’œuf puis croisement de

chimères- transfection rétrovirale de l’embryon et croisement de

chimères- transfection de cellules souches embryonnaires

ADN normal

KO ( non transcrit)

KI ( transcrit)

Il n’existe pas, à l’état naturel, d’équivalent de la chorée chez l’animal.

Note: Exon, région d’1 gène codant pour une portion de protéine; 1 protéine = plusieurs exons dont 1 exon « Stop »

Normal : Exon 1 - Exon2 - Exon 3 - Exon 4 Mutant: Exon 1 - Exon2 - Exon 4

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II.2. Modélisation génétique : la souris KO (n’exprime pas la huntingtine) (1)

34% 64% 2%

11% 9% 80%

Embryons normaux d’aspect

Embryons atrophiés

N’arrivent pasà terme

(non viables)

Nasir et al., Cell 81, 811

NB. Aucun homozygote n’arrive à terme

Prélèvement au hasard à différents stadesde gestation

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II.2. Modélisation génétique : approche comportementale (2)

NN

SS

WW

Phase 1

NN

SS

WW

Phase 2

J1 à J3:4 à 6 essais / jour16 essais en toutpuis essai-test (60 sec)

J4 et J5:6 et 4 essais / jour10 essais en toutpuis essai-test (60 sec)

Activité locomotrice en cage d’activité

Piscine de Morris (mémoire spatiale)

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II.2. Modélisation génétique : approche comportementale (3)

Nasir et al., Cell 81, 811

mutant

Mutant (+/-)

Fixité cognitive

% temps

Passages

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II.2. Modélisation génétique : approche morphologique (4)

Nasir et al., Cell 81, 811

≠ / volume du noyau subthalamique et nombre de neurones

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II.2. Modélisation génétique : approche morphologique (5)

Noyau subthalamique Caudé-putamen

+/+ +/+

+/- +/-

Atrophie Pas d’atrophie(due à une protéine tronquée de 20 kD)

Nasir et al., Cell 81, 811

Pd. Cb.

SbTh. N.

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II.2. Modélisation génétique : que nous apprennent les KOHD ? (6)

que les KOHD -/- non seulement ne sont pas viables (il y a des homozygotes humains !), mais ils n’arrivent même pas au terme de la gestation

que les KOHD +/- peuvent présenter des troubles moteurs (mais hyperactivité !)

et cognitifs (flexibilité)

que la délétion du gène n’est pas un bon modèle (sur trois lignées de KO, seulement une a présenté un phénotype altéré, bien que dans les trois cas les KOHD-/- aient été non viables

que ce n’est pas la disparition simple d’une fonction qui est responsable de la symptomatologie

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II.3. Modélisation génétique : la souris KI (exprime une huntingtine avec un nombre excessif de séquences CAG, soit 115 à 150 selon la lignée) (1)

17.7 g 21.3 g

10.1 g 19.6 g

12 semaines

7 semaines

Témoin Mutant

Pds cérébral < de 20% (395 vs 490 mg) Pas d’anomalie histologique majeure par ailleurs(cortex, hippocampe, cervelet…)

Perte de poids chez patients HD (atrophie musculaire)

MAIS IL Y A D’AUTRES ANOMALIES !Mangiarini et al., Cell 87, 493

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Chorée – JC Cassel

II.3. Modélisation génétique : phénotype neuropharmaco. de la souris KI (2)

Diminution rapide de la densité des récepteurs CB1dans le striatum et le cortex(or au niveau striatal ces récepteurs jouent un rôle dans la motricité)

Weeks

Naver et al., Neuroscience 122, 1049

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Chorée – JC Cassel

Principe: Incubation des coupes avec de la [3H]choline – Superfusion – Collecte des fractions – Mesurede la radioactivité

Oscilloscope Stimulateur

Electrode de platineCoupe de tissu

Chambre de superfusion

Bain à 37°C

Collecteur de fractions

Pompe

Carbogène Carbogène

II.3. Modélisation génétique : phénotype neuropharmaco. de la souris KI (3)

Superfusion de tranches de tissu (principe de la méthode)

Vetter et al., J. Neurochem. 85, 1054

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Chorée – JC Cassel

II.3. Modélisation génétique : phénotype neuropharmaco. de la souris KI (4)

autoR musc.

hétéroR D2

Vetter et al., J. Neurochem. 85, 1054

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Chorée – JC Cassel

II.3. Modélisation génétique : phénotype comportemental de la souris KI (5)

Evolution pondérale (ad lib)

Natation vers une PF vis.(bassin 100 x 6 cm)

Carter et al., J. Neurosci. 19, 3248

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Chorée – JC Cassel

II.3. Modélisation génétique : phénotype comportemental de la souris KI (6)

Franchissement d’une barre Maintien sur un cylindre tournant

Carter et al., J. Neurosci. 19, 3248

Lat

ence

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Chorée – JC Cassel

II.3. Modélisation génétique : phénotype comportemental de la souris KI (7)

Témoin Mutant

A 13-14 semaines : espacementirrégulier, pas rapprochés.

LocomotionDONC:

Détérioration progressive et marquée des fonctions motrices (en cela le modèle semble satisfaisant)

Fonctions cognitives?

Il reste que les altérations neuropathologiques sont faibles (inclusions neuronales intranucléaires contenant la huntigtine; avant l’apparition de celles-ci, pas de symtomatologie sévère déclarée)

De telles inclusions sont également identifiées chez les patients HD

On connaît des cas de HD diagnotisqués HD du point de vue des symptômes, mais sans atrophie striatale

Carter et al., J. Neurosci. 19, 3248

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Chorée – JC Cassel

MODELES GENETIQUES : EN CONCLUSION

La souris KO a un intérêt très limité (homologie et isomorphisme nuls)

La souris KI répond davantage au principe d’homologie et d’isomorphisme,

MAIS:

dysfonctionnements, mais pas d’atrophie au niveau striatal (inclusions nucléaires Ctx et Str., mais aussi Cb et ME – pas chez HD) quoique altérations motrices, ni mouvements choréiques ni dystonie modèle à 44 CAG: aucun problème à quelque niveau que ce soit par ex., Goldberg et al., 1996 (94 à 150 CAG, oui !) utilisable chez la souris et seulement chez elle

NUANCES:

durée de vie insuffisante à l’expression de tout le phénotype régulation développementale souris ≠ Homme travail à approfondir / phénotypage comportemental et neuroanat.

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Chorée – JC Cassel

MODELES GENETIQUES : EN CONCLUSION (2)

Il existe une lignée pour laquelle les caractéristiques phénotypiques semblent plusproches de la symptomatologie humaine (150 CAG)

WT:Astrocytes réactifs as-sociés aux vaisseaux sanguins

2 mutants:Astrocytes réactifs présents dans le neuropile

GFAP

Lin et al., Hum. Mol. Gen. 10, 137

A l’ouverture de la cage Au test de suspension Cylindre / 5 tpm> 40 semaines15-40 semaines

Immobilité après ouverture (30 sec)

Apparition des 1ers symptômes

Susp. Queue 150/150

Susp. Queue 150/+

Empreinte (overlap)

Cage (ouvert.)

Masse - morphologie25-30 sem, mâles

150 CAG

80 CAG

28 sem

35 sem

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TOUTEFOIS :

A l’heure actuelle, ces modèles génétiques ne sont utilisables que chez les rongeurs, et même exclusivement chez la souris,

Ils nous renseignent bien sur certains aspects de la maladie de Huntington et permettent – comme nous le verrons dans la dernière partie – de tester l’efficacité de moyens thérapeutiques potentiels,

Répercussions cognitives assez peu étudiées dans l’ensemble.

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La chorée de Huntington(danse de Saint-Guy)

-Modèles animaux

II. MODELISATION-Modèles lésionnels

* * * * * * *

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II.4. Les pionniers : excitotoxines dans le striatum

1976 : McGeer et McGeer d’un côté, de l’autre Coyle et Schwartz (Nature 263)

injection intrastriatale d’ibotenate, de glutamate ou de kainate induit des lésions qui évoquent celles propres à la HD

principe: excitotoxicité. Ces acides = agonistes des récepteurs glutamater- qiques (glutamate = principal AA excitateur dans la neurotransmission)

RGlu

Na+ Cl- Ca++

(canaux volt)

(canaux NMDA)

Ca++

Glutamate QuinolinateKaïnateIboténate

activation[Ca++ ]i PhospholipasesProtéasesKinases

Radicaux libres

Mitochondries-

Nécrose (et apoptose)

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II.5. Instillation unilatérale de quinolinate

( )

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En cas d’instillation bilatérale de quinolinate ou d’un autre AAE

INCONVENIENTS

les aspects histologiques de la HD non reproduits parfaitement : atteinte des neurones de projection et interneurones (afférences préservées); pas d’atteinte de transmiss. GLU chez HD.

déficits moteurs (mais non choréiformes) et cognitifs observés. moteurs : type hyperactivité nocturne cognitifs : type syndrome frontal (mém. anté- et rétrograde)

Inject°s intraStr. incontournables : impossible de travailler sur la vulnérabilité préférentielle des neurones Str. Pas de progression dans les déficits

pas d’effets moteurs spontanés qui soient définitifs ou évolutifs chez le primate

AVANTAGES

utilisables dans n’importe quelle espèce, y compris le primate diminution de récepteurs Glu dans Str de HD = très tôt (les neurones avec RGlu sont atteints précocément)

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II.6. Altération du métabolisme énergétique : un modèle très actuel (1)

In vitro, l’altération du métabolisme énergétique excitotoxicité (sans modifier les concentrations extracellulaires de glutamate !)

Par ex. privation d’O2 ou de Gl., ou application de toxines mitochondriales, activent indirectement les récepteurs NMDA à des concentrations physio de glutamate et provoquent une excitotoxicité (toujours prévenue par MK 801)

Cercle vicieux:

Atteinte d’un seuil = toxicité

Injections de toxines mitochondriales dans le Str: destruction des neurones GABA, pas des neurones Chol et des autresinterneurones.

Altération Em ?

Activation NMDAMitochondrie-

[Ca++ ]i

(NB1. Excotoxicité NMDA potentialiséepar des inhibiteurs mitochondriauxNB2. Les inhibiteurs mitochondriaux induisent une augmentation de la concentration de lactate dans le Str.)

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II.6. Qu’en est-il du métabolisme énergétique chez les HD ? (2)

In vivo:

réduction sévère du métabolisme du glucose dans caudé-putamen

de HD (PET scan), même à un stade précoce de la maladie (pas

d’atrophie décelable: 6 patients sur 15 à risque = , métabolisme

normal partout ailleurs; Kulhl et al., 1982) RMN: concentrations accrues de lactate dans le Str. de HD

L’amplitude de cet accroissement est corrélée au nombre de CAG

Concentrations aussi accrues chez patients asymptomatiques

HD associée à une altération mitochondriale (métabolismeénergétique) se traduisant in fine par une surproduction de lactate

Post mortem:

Altérations au niveau des complexes II, III et IV de la chaînerespiratoire des mitochondries

Jamais d’altération en I rapportée.

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II.6. Chaîne respiratoire des mitochondries (3)

Localisée sur la membrane interne de la mitochondrie: production de liaisons riches en énergie par des réactions enzymatiques Cette chaîne comprend 4 complexes qui opèrent de concert (I-IV) Chaque complexe a un rôle particulier (dont le résultat est le passage de protons dans l’espace intramitochondrial)

Membrane externe

Membrane interne

HD

- 32-38 %

- 53-59 %

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II.6. De l’anecdote au modèle… un coup de bol, peut-être ! (4)

Indigofera spicata (USA, W) Astragalus genus

Intoxication (bétail)

Affaiblissement, incoordination des pattes postérieures évoluant vers la paralysie,perte de poids

Acide 3-nitropropionique (3-NP)ou 3-nitropropionate

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II.6. De l’anecdote au modèle… l’histoire ne s’arrête pas là ! (5)

Canne à sucre Arthrinium

Q. énormes de3-NPEnv. 900 intoxications en

Chine (10’ à 10 h) entre1972-1989

symptomes gastriques, puis état comateux (plusieurs jours, parfois) 10% de mortalité une majorité avec séquelles parmi les 90 % de survivants: dystonies différées, spasmes, torsions, grimaces, convulsions. Chez la plupart, les troubles neurologiques moteurs sont définitifs. Administrée à des animaux, 3-NP induit des lésions cérébrales, préférentiellement des ganglions de la base.

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Membrane externe

Membrane interne

3-NP

II.6. Cible mitochondriale du 3-NP (6)

Effets d’une traitement aigu vs. effets d’un traitement (semi-)chronique

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II.6. 3-NP et activité de la succinate déhydrogénase (7)

3-NP, 25 mg/kg, i.p.

3-NP, dose-réponse (inj. i.p.)

3-NP en minipompe, 12 mg/kg/jour pendant une semaine

Inhibition de SDH dans tout le cerveau; lésions dans Ctx et Str.

NB. Chez HD, l’altération de l’activité des complexes II-III est d’env. 40%.

Brouillet et al., J. Neurochem. 70, 794

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II.6. 3-NP et mode d’administration / Rat (8)

Une seule injection = toxicité Str. (si dose suffisante), mais énorme variabilité inter-individuelle + Récup.

Injections subchroniques (1/jour pdt 3-10 jours, et plus) : toxicité massive au niveau striatal

Infusions chroniques sous-cutanées (10-12 mg/kg/jour pendant 1 mois : toxicité plus limité et 30-40% des rats traités développent des anomalies motrices prononcées de type « Huntington-like »

RMN : H2O Lactate

40mg/kg, i.p., 3j GFAP

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II.6. 3-NP et aspect des cellules épineuses moyennes / Rat (9)

Normal

HD

Rat 3-PN

CTRL 3-NP

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II.6. Intérêt du modèle / Rat en termes histopathologiques (10)

KA = kaïnate, IA = ibotenate, QA = quinolinate, NMDA = N-methyl-D-aspartate, 3-NP = 3-nitropropionate, MA = acide malonique

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II.6. 3-NP (semi)chronique et effets comportementaux (Borlongan et al., 1995) (11)

Injection tous les 4 jours pendant 28 jours (10 mg/kg/jr), puis test 24 h après la dernière injectionEvitement passif (plateforme et sol grillagé; latence de descente, choc, puis latence, choc, et ainsi de suite jusqu’à rester 3 minutes consécutives sur la PF) 2 pop: young (14 sem) et old (28 sem)

1. Rétention à 1 jour

2. Rétention à 7 jours (nuit)

3. Rétention à 8 jours (jour)

Durée max de l’essai = 3 min

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II.6. 3-NP (semi)chronique et effets comportementaux (Borlongan et al., 1995) (12)

Test d’activité locomotrice (nocturne)

14 semaines 28 semaines

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II.6. 3-NP chronique et effets comportementaux (Guyot et al., 1997) (13)

Instillation chronique de 3-NP (minipompe osmotique; 10 mg/j pendant 1 mois) puis test:Déplacement sur planche (120x7 cm): vitesse longit. et lat., vit. Pointe, longueur du pas.

Striatum dorsolatéral Déplacement sur planche

Régression linéaire

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II.6. 3-NP: limites du modèle chez le rongeur (14)

Le répertoire comportemental du Rat, même locomoteur, n’a pas grand-chose en commun avec celui du primate humain (par ex., pas de dyskinésie chez le Rat)

L’organisation des ganglions de la base chez le Rat n‘est pas franchement comparable à celle caractéristique de l’Homme (ou du primate non humain)

On ne peut aborder la question de l’atrophie progressive par des techniques d’imagerie in vivo, comme c’est le cas chez le singe (plus vraiment vrai)

Le réalisme du modèle primate non humain apparaît meilleur sur le plan de l’expérimentation thérapeutique en termes de prédictivité, ce pour quoi la similitude des registres comportementaux est un atout intestable.

GP

CPuvs.

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II.6. 3-NP chez le primate non humain (ici des babouins) (15)

NB. Apomorphine exacerbe ou provoque la symptomatologie

Protocole expérimental (ago DA)Ant.

Post.Principe: tranche de banane dans une boîte transparente ouverte d’un seul côté seulement. Parfois le côté est en face ( _ ), parfois le singe doit faire un détour ( _ : coordination motrice fine).La réalisation du détour nécessite un système frontostriatal intact.On mesure différentes variables: succès, réponses correctes (< 1 min), heurts de la barrière et problèmes moteurs (cherche à passer du bon côté, mais sans succès)

Test 1 (ORDT: object retrieval detour task )

Str. ventral intact

Str. ventral intact

                            

          

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II.6. 3-NP chez le primate non humain (16)

Résonance magnétique

calbindine NADPHNeurones épineux de projection de moyenne taille(GABA)

Interneurones (somatostatine et neuropeptide Y)

CTRL 3-NP

Les singes traités au 3-NP présentent des performances diminuées en termes de capacité à saisir la tranche de banane (A), de réaliser le mouvement correctement dans un délai inférieur à une minute (B: lenteur) et de faire le mouvement en l’orientant correctement (C: planification = fonctions corticostriatales).

Test 1 (ORDT)

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II.6. 3-NP chez le primate non humain (17)

Test 2 :

Injection d’apomorphine 0.5 mg/kg

Film de 40 min

Dépouillement / 5 minDyskinesie orofaciale (0,1)Dyskinesie extremités (0,1)Dystonie (0,1)Mvmts. Choréiformes (0,1)

8 intervalles de 5 min, soit un score maximal de 32 points

Test 1 (ORDT)

Côté ouvert en face G ou D

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II.6. 3-NP ou excitotoxines chez le primate ? (18)

Comparaisons des effets comportementaux et morphologiques d’un traitement au 3-NP et d’une injection intrastriatale d’acide quinolinique (Capucin, Cebus apella).

                                                                                                                                                                     

Quin 3-NP

Résonance magnétique (3 mois après)

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Immuno. Anti NeuN (marqueur des noyaux neuronaux)

II.6. 3-NP ou excitotoxines chez le primate ? (19)

Quin. 3-NP

ODRT

Env. 300 cm3 Env. 50 cm3

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II.6. 3-NP ou excitotoxines chez le primate ? (20)

Niveaux d’activité (indice de déplacement; arbitraire)

Indice de dyskinésie (3 mois après)

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A propos du modèle 3-NP, en 2002:

« Les scientifiques réfléchissent en termes de modèles, et les phénomènes auxquels ils s’intéressent sont expliqués par des modèles. C’est pourquoi les modèles apparaissent comme des outils puissants d’investigation, mais ils ne sont pas connaissance en soi. (…) S’agit-il d’un modèle permettant l’étude des mécanismes de cytotoxicité, de la phénoménologie clinique ou des corrélats en matière de pathologie clinique? Il convient de rester vigilant et de prendre garde à ne pas glisser d’un modèle basé sur une similitude des phénoménologies cliniques à des conclusions quant à une similitude des mécanismes sous-jacents. »

Erwin Montgomery & Ali R. RezaiCleveland, Ohio, USA

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A QUOI SERVENT-ILS ALORS ?

Comprendre la nature du lien entre les différents phénomènes neuropathologiques qui caractérisent une maladie neurodégénérative (coïncidence ou cause à effet)

Comprendre la nature des liens entre un (ou plusieurs des) aspect(s) neuropathologiques et un symptôme ou un groupe de symptômes

Tester des traitements potentiellement thérapeutiques ou préventifs

M A B C… MAB

C

ou

M A

B

S1

S2

M A

BS1

ou

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La chorée de Huntington(danse de Saint-Guy)

-Modèles animaux

III. TRAITEMENT(S) DANS LES MODELES&

[MODELES DANS LES TRAITEMENTS]

* * * * * * *

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Les pistes « préventives » ou « thérapeutiques »

Réduction de la toxicité glutamatergique (récepteurs NMDA)-antagonistes NMDA

Supplémentation énergétique-exemple de la créatine (rat, souris)-essai clinique

Supplémentation en facteurs neurotrophiques-CNTF-BDNF

Substitution cellulaire- greffes de neurones fœtaux- greffes de cellules souches- essais cliniques (2 exemples, dont 1 français)

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III.1. Réduction de la toxicité glutamatergique (souris transgéniques) (1)

RMNHistologieWTPds cerv: 437 mg

R6/2Pds cerv: 344 mg(-21%)

R6/2 + Q10 & RemPds cerv: 417 mg

Observation: lesions corticales diminuent l’étendue d’une atteinte striatale (hyp. GLU) Souris transgénique R6/2 (150 CAG) ou N171-82Q (82 CAG; onset plus tardif) Traitement Q10 (co-facteur mitochondrial) et remacemide (antagoniste NMDA) Substances administrées dans régime alimentaire à partir de l’âge de 3 semaines Qu’en est-il sur le plan neuropathologique?

(Ferrante et al., J. Neurosci. 22, 1592)

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III.1. Réduction de la toxicité glutamatergique (souris transgéniques) (2)

Qu’en est-il sur le plan fonctionnel ?

Courbes de survie

30 j

15 j

R6/2

N171-82Q

Poids et rotarod (16 tpm)

R6/2

R6/2

N171-82Q

(Ferrante et al., J. Neurosci. 22, 1592)

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III.2. Supplémentation énergétique : créatine (1)

Base de l’expérience : problème dans le métabolisme énergétique explique une partie de la neuropathologie et des dysfonctionnements dans HD La créatine stimule le métabolisme énergétique au niveau des cellules musculaires, mais aussi des cellules nerveuses Souris transgéniques N171-82Q (phénotype neurol. À partir de 90 jrs, mort à 135 en moyenne); à l’âge de 4 semaines, régime alimentaire avec 2% de créatine

Rotarod (12 tpm)Poids

Env 30 j

(Andreassen et al., Neurobiol. Dis 8, 479)

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III.2. Supplémentation énergétique : créatine (2)Courbe de survie

env. 25 jrs

Masse cérébrale

N171-82Q

80 J 110 J 130 J

130 J

N171-82Q + Créat.

-5%-16%

(Andreassen et al., Neurobiol. Dis 8, 479)

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III.2. Supplémentation énergétique : créatine (3)

Conclusions confirmées par des approches menées à l’aide d’autres modèles

Malonate, 3 µM (rat) 3-NP (rat)

(Matthews et al., J. Neurosci. 18, 156)

3-NP (rat)

NADPH

R6/2 (souris KI, 150 CAG)42 j 63 j

90 j 90 j + Créat.

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III.2. Supplémentation énergétique : créatine (4: chez l’Homme)

Population de 20 HD (11 femmes et 9 hommes) Mesure de composés dans cortex pariéto-occipital avant et après 8-10 semaines d’administration de créatine ; mesures par spectroscopie à RM protonique

Bender et al., J. Neurol. 252, 36

Population

Mesures

(Glu + glutamine/créatine)

AvantAprès

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III.3. Supplémentation en facteurs neurotrophiques (1)

Lésions striatales au quinolinate et mesures de l’activité neurotrophique (CNTF)

(Facteur neurotrophique ciliaire)

Administrer du CNTF dans des modèles de HD

(Haas et al., J. Anat. 204, 271)

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III.3. Supplémentation en facteurs neurotrophiques : CNTF vs. autres NT (2)

Lésions striatales au quinolinate 3-4 jours après début d’instillations chroniques de 5 facteurs trophiques différents (pendant 12-13 jours, puis sacrifices) Au plan neuropathologique.

Histologie

Ax1 = forme humaine de CNTF

Comptages

Anderson et al., PNAS 93, 7346

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Qu’en est-il sur le plan fonctionnel ? Approche: lésion unilatérale du striatum (quinalinate), puis évaluation fonctionnelle à l‘aide du modèle d’Ungerstedt (1971) / Parkinson

III.3. Supplémentation en facteurs neurotrophiques : CNTF (3).

Str. G Str. D Intacts = pas de biais rotatoire(avec ou sans drogue)

DA

Str. G Str. D

DA

Rotation du côté le moins stimulé, puis atténuation et dis-parition

Str. G Str. D

DA

Amphétamine

Str. G Str. D

DA

Apomorphine

Str. G Str. D

DA

HD – Lésion unilélatéraleApproche fonctionnelle

Str. D

DA

Apomorphine

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III.3. Supplémentation en facteurs neurotrophiques : CNTF (4).

Encapsulation de cellules produisant du CNTF humain Implantation des capsules dans un ventricule latéral 12 jours avant quinolinate Survie post-implantation de 70 jrs (tests fonctionnels)

Capsule + cellules CNTF Rotation (ipsi / apomorphine)ChAT

GABA

NADPH

Emerich et al., J. Neurosci. 16, 5168

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III.3. Supplémentation en facteurs neurotrophiques : CNTF (5).

Approche fonctionnelle (modèle QA + cellules encapsulées dans VL)

Emerich et al., Cell Transplant. 6, 249

Lésions

Survie Poids

Activité (16 h)

Piscine de Morris

Rotarod (rats entraînés avant). Puis séances en accélération progressive:5-5, 5-20, 5-30, etcOn note la vitesse au mo-ment de la chute

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III.3. Supplémentation en facteurs neurotrophiques : CNTF (6).

Et ça fonctionne chez le singe !-implantations de capsule secrétant CNTHhumain puis lésions QA unilatérale (3 singes, macaque fascicularis)

Emerich et al., Nature 386, 395

ChAT

Etendue de la lésionMorphologie / Histologie

NB. Une approche similaire a été menée chez l’Homme (1ers résultats publiés en 2004)

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III.3. Autres facteurs neurotrophiques ? (7)

Oui! NGF (neur. Chol.), GDNF, TGF , bFGF et BDNF. Par ex. souris KO BDNF (et KI CAG)

Rotarod

Canals et al., J. Neurosci. 24, 7727

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III.4. Greffes de cellules nerveuses fœtales / 3-NP (1)

Rats adultes, 3-NP ts les 4 jrs/pdt 28 jrs Greffe intrastriatale de blocs d’éminence striatale de cerveaux fœtaux (1/3) Greffes bilatérales Evaluation de l’activité locomotrice pré- et post-3-NP, puis post-greffe (3 mois après)

Inter-groupe

Intra-groupe

Avant et après 3-NP

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III.4. Greffes de cellules souches humaines (2)

Utilisation de la patte controlatérale

Lésion striatum D avec quinolinate, puis greffes de cellules souches humaines préalablement traitées ou non avec du CNTF (Ctx fœtal humain)

Volume striatal

McBride et al., J. Comp. Neurol. 475, 211

/ Q

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Chorée – JC CasselLee et al., Neurosci. Res. 52, 243

Biais rotatoire (apomorphine)

III.4. Greffes de cellules souches humaines / Q (3)

Lésion quinolinate unilatérale + injection i.v. de cellules souches (tissu cérébral embryonnaire)

Morphologie

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III.4. Greffes de cellules souches humaines / 3-NP (4)

Histologie

Rotarod

Ryu et al., Neurobiol. Dis. 16, 68

Traitement 3-NP pendant 3 jours consécutifs Greffes avant (proactive) ou après (post-trans) Evaluations comp. / rotarod (16 tpm) Histo: NeuN, Calbindine, GAD, NADPH

Neurones

GABA

GABA

Somato & NPY

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III.4. Greffes de cellules nerveuses fœtales / chez l’Homme (5)

Plusieurs tentatives depuis 1992, par ex. Cuba ( (Madrazo et al., Neurol. Res. 17, 312) Etude française: 1ers résultats en 2004 (greffes de cellules fœtales, éminence ganglionnaire en petits blocs puis approche métabolique en IRM) / 5 patients greffés ; immuno-suppression pendant 18 mois ; les greffes sont faites en 2 temps (d’abord à droite, puis, 1 an plus tard, à gauche).

Gaura et al., Brain 127, 65; Bachou-Lévi et al., Lancet 356, 1975

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Zones d’hypométabolisme

III.4. Greffes de cellules nerveuses fœtales / chez l’Homme (6)

3 patients avec amélioration légère à nette

Gaura et al., Brain 127, 65; Bachou-Lévi et al., Lancet 356, 1975

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III.4. Greffes de cellules nerveuses fœtales / chez l’Homme (7)

2 patients avec aggravation

Zones d’hypométabolisme

Gaura et al., Brain 127, 65; Bachou-Lévi et al., Lancet 356, 1975

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III.4. Greffes de cellules nerveuses fœtales / chez l’Homme (8)

Images métaboliques superposées aux images IRM

Gaura et al., Brain 127, 65; Bachou-Lévi et al., Lancet 356, 1975

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III.4. Greffes de cellules nerveuses fœtales / chez l’Homme (9)

Gaura et al., Brain 127, 65; Bachou-Lévi et al., Lancet 356, 1975

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III.4. Greffes de cellules nerveuses fœtales / chez l’Homme (10)

Au plan moteur : UHDRS (mouvements des yeux, hyperkinesie and dyskinesie, démarche, tonus musculaire, et autres tests de mouvements, dont choréiques) UDDRS: score < 25 = stade précoce; score > 25, atteinte moyenne

Gaura et al., Brain 127, 65; Bachou-Lévi et al., Lancet 356, 1975

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III.4. Greffes de cellules nerveuses fœtales / chez l’Homme (11)

Une autre approche (Californie, USA) chez 3 patients HD 5 à 8 donneurs / patient (dissection de l’éminence ganglionnaire « émincée » en fragments d’1 mm3 (au moins 85% de viabilité cellulaire avant greffe)

IRMAvant + 1 jour + 12 mois

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III.4. Greffes de cellules nerveuses fœtales / chez l’Homme (12)

Qu’en est-il du point de vue fonctionnel (UHDRS) ?

10

20

30

40

0

Pre 6 mo 12 mo Mais, bénéfice plus limité sur le planneuropsychologique

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QUE DIRE DE TOUS CES MODELES : 3 CRITERES ?

Homologie : identité de causalité

Seuls les modèles KI s’en approchent (les lésionnels en sont loin)

Isomorphisme: traduction symptomatique similaire

Modèles KI et lésionnels s’en approchent (problème des mouvements choréiformes et des registres comportementaux différents, de même que de l’expression différée des symptômes)

Prédictivité : si ça marche dans le modèle, ça marche chez l’Homme

Modèles KI et lésionnels ont une certaine valeur en matière de prédictivité (et c’est peut-être là le principal avantage des modèles KI et lésionnels)

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ET D’UN POINT DE VUE THERAPEUTIQUE :

Les modèles ont permis des progrès conceptuels considérables (il y a eu plus de progrès entre 2000 et 2005, qu’entre 1872 et 2000)

Les modèles ont aussi débouché sur des essais thérapeutiques (NMDA, énergie, facteurs trophiques et greffes)

On manque toutefois de recul, et les interventions chez l’Homme ne sont pas toujours accompagnées des témoins adéquats (par ex. cellules greffées, facteurs trophiques ou intervention chir.?)

Les traitements sont plus efficaces dans les modèles qu’en clinique (modèles lésionnels: atténuation; chez l’Homme, dans la majorité des cas, la progression est stoppée ou seulement freinée)

Toutefois : le succès d’un traitement potentiel dans au moins deux modèles de la maladie est une étape sine qua none vers une application à l’Homme

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RESUME - CONCLUSION

Les dates : 1692: Procès des sorcières de Salem 1872: Description systématique par Huntington 1983: Chromosome responsable 1993: Gène responsable

Les modèles : Acides aminés excitateurs (quinolinate) Acide 3-nitropropionique Knock-out (abandonné) et Knock-in ( nombre de CAG)

Les « remèdes » potentiels : Supplémentation énergétique (testée chez l’Homme) Protection par action sur NMDA (testée chez l’Homme) Facteurs neurotrophiques (testée chez l’Homme, CNTF) Substitution cellulaire (testée chez l’Homme)