La maladie de Charcot-Marie-Tooth (CMT) est la neuropathie périphérique héréditaire la plus fréquente, divisée en deux sous-types : la forme axonale et la forme démyélinisante, impliquant respectivement les motoneurones (MN) et les cellules de Schwann (SC). Plus de 100 gènes altérés ont été identifiés comme responsables de la CMT. Parmi eux, les mutations du gène GDAP1 sont délétères pour les MNs et/ou pour l’interaction entre les MNs, les SCs et les cellules musculaires. Ces types cellulaires forment la jonction neuromusculaire (JNM), une synapse reliant l’extrémité terminale du nerf moteur et le muscle, impossible à prélever sur des individus ou des modèles animaux. Ainsi, pour étudier avec précision cette pathologie humaine, il est crucial de développer un modèle cellulaire adapté.
Le projet vise donc à recréer des JNMs in vitro en utilisant la technologie des Cellules Souches Pluripotentes (hiPSCs) pour étudier spécifiquement le rôle des altérations de GDAP1 dans les mécanismes physiopathologiques. Ce modèle de triculture sera obtenu à partir de hiPSCs dérivées des fibroblastes d’un patient porteur d’une mutation délétère de GDAP1.

La maladie de Charcot-Marie-Tooth (CMT) est la neuropathie périphérique héréditaire la plus fréquente chez l’homme. En effet, plus de 100 gènes et plus de 1000 mutations associées ont été identifiés comme responsable de cette pathologie. Cette grande hétérogénéité génétique, ainsi que le manque de modèles cellulaires et animaux valides, ont compliqué la découverte et la mise ) l’essai de stratégies thérapeutiques potentielles. L’objectif principale de ce projet est le développement et l’analyse de modèles valides pour la CMT, afin de tester des molécules thérapeutiques. A Limoges, grâce à la mise en place d’une culture de cellules souches pluripotentes induites humaines (hiPSCs) à partir de témoins et de biopsies cutanées de patients CMT, nous avons réussi à obtenir des motoneurones humains (MN). Grâce à la technologie CRISPR-Cas9, nous créerons et caractériserons des modèles de MN CMT supplémentaires, porteurs de différentes mutations génomiques. Enfin, ces modèles cellulaires, seront utilisés afin de tester in vitro des molécules thérapeutiques en collaboration avec l’Institut Pasteur de Lille.

Le développement de nouvelles thérapeutiques pharmacologiques spécifiques des neuropathies périphériques chimio-induites (CIPN) sans effet négatif sur le traitement de la tumeur, représente un enjeu majeur dans la prise en charge des patients traités par chimiothérapie anticancéreuse. Des modèles de neuropathies sensitives induites par la vincristine (VCR) et par le paclitaxel (PTX) ont déjà été développés et caractérisés au sein de l’équipe de recherche UR 20218 et ces modèles ont permis de mettre en évidence les propriétés neuroprotectrices de plusieurs molécules. Cependant, l’influence de l’interaction entre ces molécules et la chimiothérapie sur son activité anitcancéreuse n’a pas été explorée.
A ce jour, aucun modèle animal de neuropathie sensitive induite par la chimiothérapie associé à un cancer n’a encore été développé. Ce projet de thèse permettra de mettre en place deux modèles syngéniques de cancer ectopique, ce qui permettra de vérifier s’il existe un potentiel effet synergique de nos molécules neuroprotectrices sur l’activité anticancéreuse des chimiothérapies, voire un effet anticancéreux propre aux traitements seul sur différentes lignées tumorales murines in vitro et in vivo. Un tel modèle permettrait de mieux comprendre le lien entre le cancer et le développement des neuropathies associées ou non à la chimiothérapie neurotoxique et d’évaluer l’effet de molécules candidates neuroprotectrices sur la neuropathie induite par la VCR ou par le PTX, voir celles potentiellement induite par la tumer, ainsi que sur l’activité antitumorale de la chimiothérapie.

Les neuropathies périphériques induites par la chimiothérapie (NPIC) sont une complication fréquente de nombreuses thérapeutiques anti-cancéreuses, anciennes comme novatrices. Elles dépendent principalement de l’agent utilisé et de la dose cumulée1. Ces NPIC se manifestent classiquement pas des troubles sensitifs douloureux des mains et des pieds selon une répartition dite en « gants et chaussettes ». Il n’existe aucune thérapeutique préventive reconnue permettant de réduire le risque de développer une NPIC. La stratégie actuelle consiste uniquement à dépister précocement les symptômes de neurotoxicité périphérique afin de suspendre ou réduire la posologie de la chimiothérapie neurotoxique. Ces modifications de protocole constituent une importante perte de chance de survie chez les patients traités pour un cancer. De plus, les douleurs neuropathiques peuvent persister des années après l’arrêt de la chimiothérapie et sont souvent réfractaires aux thérapeutiques antalgiques. Nous savons également qu’un lien étroit existe entre la douleur chronique et le développement de comorbidités psychologiques telles que la dépression et l’anxiété2. Tous ces éléments conduisent à une altération de la qualité de vie des patients autant pendant la chimiothérapie qu’à plus long terme pour ceux survivant au cancer. Avec une incidence croissante de 25 millions de nouveaux cas de cancers par an à travers le monde3, il devient donc urgent de développer des stratégies neuroprotectrices4. Il n’existe, à ce jour, aucune méthode alternative à l’expérimentation animale qui reproduise l’ensemble des mécanismes mis en jeu à la génération d’une douleur induite par des cytotoxiques. En effet, les modèles in vitro ne permettent pas de modéliser la complexité de la réponse d’un organisme entier face à l’administration d’agents anticancéreux. Les modèles animaux de NPIC présentent les avantages de se rapprocher de la clinique humaine et d’être peu invasifs pour l’animal. Plusieurs modèles de neuropathies sensitives ont déjà été développés et caractérisés au sein de l’équipe de recherche d’accueil avec la mise en évidence de l’effet de molécules neuroprotectrices5,6. Le travail du candidat consistera à prolonger sa thématique de recherche dans les NPIC qu’il a déjà pu appréhender au cours de son travail de M2 dans la même équipe et lors de la réalisation de sa thèse de médecine. L’objectif sera d’accumuler de nouvelles connaissances dans le domaine des NPIC tant par la caractérisation de nouveaux modèles animaux que l’évaluation de nouvelles méthodes diagnostiques ou d’efficacité de molécules candidates neuroprotectrices. Une étroite collaboration est prévue avec le centre de référence neuro-musculaire du service de neurologie du CHU de Limoges où exerce le candidat afin de permettre une translation rapide de ces données vers des essais cliniques.

Ces dernières années, les cellules stromales mésenchymateuses ont suscité un engouement au sein de la communauté scientifique dans le domaine de la régénération tissulaire, grâce à leurs propriétés trophiques et immunomodulatrices. Plus particulièrement, les cellules souches mésenchymateuses issues du tissu adipeux (AD-MSCs) sont de plus en plus utilisées en chirurgie plastique mais aussi en recherche fondamentale et clinique. Elles ont un impact par exemple sur la survie du lipofilling, sur le traitement des douleurs neuropatiques après incisions chirurgicales, sur les problèmes d’ischémie-reperfusion… Malgré la diversité des approches d’ingénierie tissulaire et les recherches sur les substituts cutanés, la prise en charge des plaies chroniques reste un défi majeur de santé publique. La littérature récente montre que les effets de ces cellules sont liés principalement à leur sécrétion paracrine : dans le surnageant de culture ou via les exosomes. Le tissu adipeux abdominal sous-cutané (AAT) est divisé en deux couches : la couche superficielle (sAAT) et la couche profonde (dAAT). Cependant, il n’est pas certain que chaque couche présente des caractéristiques similaires et pertinentes en termes de potentiel régénérateur des AD-MSCs. Le premier axe du travail a été de comparer les caractéristiques des AD-MSCs (obtenues par digestion enzymatique du TA d’abdominoplasties) par cytométrie en flux, par essai de prolifération et de différenciation en cellules mésodermiques. Une comparaison de leurs propriétés immunosuppressives a également été réalisée. Après une revue de la littérature exhaustive sur les AD-MSCs, nous avons voulu comparer les effets de ces cellules et de leurs produits de sécrétion sur leur capacités angiogéniques et neurostimulatrices. Nous avons commencé par comparer le profil sécrétoire des AD-MSCs par Proteom Profiller®. A la suite de ces résultats, nous nous sommes intéressés aux effets du sécrétome complet et des exosomes sur la migration des cellules endothéliales puis la formation de réseaux vasculaires, du côté angiogénique, et sur la repousse axonale après blessure ainsi que la croissance neuritique d’un point de vue neuromodulation. Tout d’abord, nos résultats montrent qu’il existe bien une différence entre les deux couches du TA, notamment sur la prolifération des AD-MSCs en faveur du sAAT et sur la différenciation adipogénique en faveur du dAAT. L’analyse phénotypique de la fraction stromale vasculaire a révélé que la couche superficielle était plus pure avec moins de cellules hématopoiétiques et plus d’AD-MSCs. Ensuite, l’analyse des caractéristiques des exosomes obtenus par ultracentrifugation différentielle n’a pas montré de différences significatives entre les deux couches. L’analyse du contenu cytokinique du surnageant complet et des exosomes n’a détecté aucune différence également. En ce qui concerne l’angiogénèse, nous nous sommes rendus compte que le sécrétome était délétère par rapport au contrôle quant à la formation d’un réseau vasculaire et à la migration des cellules endothéliales. Les exosomes avaient un effet pro-angiogénique mineur mais cependant plus importants que le sécrétome complet. En ce qui concerne la neuritogznèse, les exosomes possèdaient des effets encore une fois plus intéressants que le sécrétome. De plus, les exosomes des AD-MSCs issues du dAAT étaient significativement plus intéressants que ceux des AD-MSCs issues du sAAT pour la croissance neuritique uniquement. Ainsi, ils semblent plus efficaces sur la neuromodulation, alors que les exosomes d’aucune couche n’ont d’impact significatif sur la fonction endothéliale. Dans tous les cas, les exosomes possèdent des propriétés plus importantes que le sécrétome complet. En conclusion, des différences parfois significatives ont été mises en évidence entre les deux couches et entre les produits de sécrétion ce qui laisse entrevoir des perspectives cliniques différentes en fonction de la couche prélevée.

Les neuropathies périphériques héréditaires (NPH) sont causées par des altérations génétiques entraînant des lésions des nerfs moteurs et/ou sensitifs. En 1991, la duplication de PMP22 a été décrite comme la première variation pathogène associée aux NPH. Aujourd’hui, grâce aux avancées des technologies de séquençage de nouvelle génération (NGS), plus de 100 gènes ont été identifiés chez les patients présentant des NPH. Cependant, la majorité des variants détectés dans ces gènes sont des mutations ponctuelles ou de petites insertions ou délétions, tandis que les variants du nombre de copies (CNVs) sont rarement décrits. Dans cette étude, nous avons d’abord réalisé une analyse bioinformatique en utilisant le logiciel CovCopCan, permettant de détecter des CNVs sur des données de NGS. 62 CNVs ont été détectés chez 12% de notre cohorte de 765 patients présentant de symptômes de NPH. Ces CNVs ont été repartis au sein de 32 gènes associés aux NPH et nous avons caractérisé certains de ces CNVs au sein des gènes KIF5A, ATL3, SACS et SH3TC2. En outre, nous nous sommes concentrés sur un CNV de type délétion détecté dans SH3TC2, et nous avons développé un modèle cellulaire pour caractériser cette variation. À partir d’une biopsie cutanée d’un patient hétérozygote composite atteint de CMT4C, portant à la fois un CNV et une altération non-sens, des cellules souches humaines pluripotentes induites (hiPSCs) ont été créées. Ces hiPSCs ont été ensuite différenciées en cellules de Schwann afin d’explorer les mécanismes pathologiques conduisant au phénotype du patient. Dans l’ensemble, notre étude souligne l’importance d’étudier les CNVs pour améliorer le diagnostic des NPH et a permis de développer pour la première fois un modèle cellulaire adapté à l’étude d’un CNV de type délétion dans un gène impliqué dans les NPH de transmission autosomique récessive.

Les mutations non-sens générant un codon de terminaison prématuré (PTC) peuvent induire la production d’une protéine tronquée ou bien une dégradation prématurée de l’ARNm muté par le système NMD (Nonsense-Mediated mRNA Decay). Ces mutations non-sens sont la cause d’environ un tiers des maladies d’origine génétique et notamment de certaines neuropathies périphériques, dont la maladie de Charcot-Marie-Tooth (CMT). Des mutations non-sens sur le gène GDAP1 ont été associées à des formes sévères de CMT. Le rôle cellulaire de GDAP1 reste encore mal défini. Au sein du laboratoire NeurIT, UR20218, de l’Université de Limoges, nous avons mis en place un modèle cellulaire de cellules neuronales (Progéniteurs neuronaux (PN) et Motoneurones (MN)) issues des cellules souches pluripotentes induites (iPSc) de contrôles et d’un patient CMT porteur de la mutation homozygote c.581C>G (p.Ser194*) sur le gène GDAP1. Dans un premier temps, nous avons caractérisé ce modèle neuronal et mis en évidence un stress oxydant associé à un dysfonctionnement mitochondrial dans les MN issus d’iPSc du patient. Dans un deuxième temps, après avoir réalisé une revue de la littérature sur les molécules de translecture et les inhibiteurs du NMD, nous avons testé certaines de ces molécules sur nos modèles neuronaux, en collaboration avec l’Institut Pasteur de Lille. Nous avons pu démontrer que la molécule « Amlexanox » stabilisait l’ARNm GDAP1 muté et activait l’expression protéique de GDAP1 dans les PN et les MN. D’un point de vue fonctionnelle, nous avons observé que ce traitement permet de restaurer la morphologie des mitochondries des PN. Dans une dernière partie de cette thèse, nous présentons l’identification d’un codon non-sens et d’une délétion partielle du gène SH3TC2, l’un des principaux gènes mutés dans les formes autosomiques récessives démyélinisantes de CMT. L’établissement de modèles neuronaux sur ce gène sont une perspective de ce travail de thèse. Les molécules thérapeutiques identifiées lors de cette thèse pourront être testées sur ces prochains modèles. Ce travail de thèse montre l’importance des modèles cellulaires adaptés pour comprendre les voies physiopathologiques impliquées dans la CMT et montre des résultats prometteurs en termes d’approche thérapeutique.

La maladie de Charcot-Marie-Tooth-1A (CMT1A) est la neuropathie périphérique héréditaire la plus fréquente. Les symptômes se manifestent par des déficits sensori-moteurs et une fonte musculaire dans les bras et les jambes. Actuellement, aucun traitement n’est disponible. Pour l’étude de cette pathologie, le rat transgénique CMT1A portant 3 copies supplémentaires du gène murin pmp22 est couramment car il reproduit assez fidèlement les symptômes humains. Cependant, les mécanismes physiopathologiques impliqués dans le développement de cette pathologie ne sont pas encore précisément connus. Cette thèse s’articule autour de deux projets principaux : (i) décrire le profil protéomique du rat CMT1A, et (ii) tester l’efficacité de la curcumine incorporée dans des nanoparticules pour le traitement du rat CMT1A. Pour l’étude protéomique, des nerfs sciatiques ont été extraits de rats Wild Type (WT) et CMT1A. L’enrichissement fonctionnel a montré que les jeunes rats adultes CMT1A développent des mécanismes compensatoires au niveau de l’équilibre redox, du repliement des protéines, de la myélinisation et de l’axonogenèse. Notamment, la réponse au stress oxydatif semble être une caractéristique importante chez le rat CMT1A. De plus, il a été démontré que la curcumine présente des propriétés antioxydantes et des effets promyélinisants. Pour l’étude in vivo, afin d’améliorer la biodisponibilité de la curcumine, des nanocristaux de cyclodextrine (CD)/cellulose (CNC) chargés de curcumine (Nano-Cur) ont été synthétisés. Des rats WT et CMT1A âgés d’un mois ont été traités par des injections intrapéritonéales quotidiennes de 0,2 mg/Kg/jour de Nano-Cur pendant 8 semaines. Les résultats ont montré que Nano-Cur était efficace pour restaurer les performances sensori-motrices, augmenter la vitesse de conduction nerveuse, améliorer la myélinisation et diminuer le stress oxydant chez les rats CMT1A. Nous avons ensuite reproduit cette étude chez des animaux plus âgés (3 mois) avec un traitement plus long (12 semaines ; 0,2 mg/Kg/jour). Nous avons également comparé l’efficacité de Nano-Cur à une formulation de curcumine commercialisée, la Theracurmin®. Les tests d’équilibre (balance test) et de force d’agrippement (grip test) ont montré une amélioration des symptômes moteurs chez les rats CMT1A traités. La vitesse de conduction nerveuse était également augmentée. La Theracurmin® a démontré une certaine efficacité, bien moins importante cependant que Nano-Cur. Cette étude a confirmé les effets pro-myélinisants, anti-oxydants et antiinflammatoirs de Nano-Cur. Par ailleurs, après traitement avec Nano-Cur et la Theracurmin®, aucun signe biochimique et histologique de toxicité n’a été observé. In vitro, les données ont montré une marge de sécurité élevée à la fois pour le vecteur nanoparticulaire et pour Nano-Cur. L’ensemble de ce travail préclinique a démontré une innocuité encourageante et une efficacité substantielle de Nano-Cur à deux stades de la maladie. De ce fait, Nano-Cur pourrait être un candidat intéressant pour des tests sur l’homme.

Les neuropathies périphériques induites par la chimiothérapie (NPIC) sont un effet indésirable commun des agents de chimiothérapie anticancéreuse. La symptomatologie des NPIC se caractérise surtout par des troubles sensitifs : douleurs, fourmillements, altérations de la sensibilité thermique et mécanique. Ces troubles affectent fortement la qualité de vie des patients, et peuvent conduire à une diminution des doses, voire à un arrêt du traitement anticancéreux neurotoxique. La prise en charge actuelle des NPIC repose principalement sur l’utilisation de molécules recommandées dans le traitement des douleurs neuropathiques, et dont l’efficacité reste très modeste. Récemment, nous avons démontré que la modulation du système rénine-angiotensine avait des propriétés analgésiques et neuroprotectrices dans des modèles murins de NPIC induites par la vincristine (NPIV) et l’oxaliplatine. Au cours de cette thèse, nous avons mis en évidence qu’un traitement préventif par le ramipril prévenait la survenue de la neuropathie induite par le paclitaxel (NPIP) et que cet effet était médié par AT2R. Nos modèles murins de NPIV et de NPIP ont permis de mettre en évidence une surexpression du récepteur à la cholécystokinine de type 2 (CCK2R) au niveau des ganglions spinaux. L’utilisation d’antagonistes de CCK2R (proglumide, Ly225910, nétazépide) a empêché le développement de l’allodynie tactile et diminuer les atteintes nerveuses induites par la VCR et par le PTX. Les études précliniques menées au cours de cette thèse mettent en lumière deux cibles thérapeutiques prometteuses, AT2R et CCK2R, dans la prévention des NPIC. 

La maladie de Charcot-Marie-Tooth (CMT) est la neuropathie périphérique héréditaire la plus fréquente. Actuellement plus de 80 gènes ont été identifiées comme étant à l’origine des CMT, mais le diagnostic génétique est posé seulement dans 30 à 40% des cas. Cette étude avait deux objectifs principaux : dans un premier temps, nous nous sommes intéressés aux CMT et neuropathies périphériques associées via une approche moléculaire et bioinformatique, pour optimiser leur caractérisation génétique ; dans un second temps, nous avons étudié les mécanismes altérés dans une forme axonale de CMT, par la création d’un modèle cellulaire humain de cellules souches humaines induites à la pluripotence (hiPSc) et leur différenciation en motoneurones (MN). Dans la première partie du projet, nous présentons un nouvel outil bioinformatique, CovCopCan, développé au sein de l’équipe pour détecter les Variations du Nombre de Copies (CNV), à partir des données de NGS. Grâce à CovCopCan, deux nouveaux CNV ont été identifiés et nous discutons leur implication dans deux cas complexes de neuropathie périphérique. Nos travaux ont également permis de mettre en évidence trois variations génétiques chez un patient CMT, soulignant que la CMT peut être une pathologie génétique multilocus. Dans la deuxième partie de ce travail, un modèle cellulaire de MN a été créé pour étudier le gène GDAP1 et son implication dans le CMT2H. Nous avons reprogrammé des fibroblastes dermiques de cinq sujets contrôles et de deux patients CMT, portant deux mutations codon-stop homozygotes sur le gène GDAP1, en cellules souches pluripotentes induites humaines (hiPSC). Nous avons ensuite mis au point un protocole de différenciation pour générer des MN à partir d’hiPSC. Les MN avec la mutation p.Ser194* sur GDAP1 ont été analysés par des tests fonctionnels, morphologiques et d’expression. Nous avons confirmé l’expression neuronale de GDAP1, et nous avons mis en évidence que le stress oxydant et la dysfonction mitochondriale étaient à l’origine de la pathologie dans les MN CMT2H. Nos résultats ont montré que les analyses génétique et fonctionnelle sont essentielles pour la caractérisation complète de la maladie de CMT.

Les neuropathies périphériques induites par la chimiothérapie (NPIC) sont un effet indésirable commun des agents anticancéreux. Les symptômes des NPIC sont principalement sensitifs : douleurs, fourmillements, sensations d’engourdissement, altérations de la sensibilité thermique et mécanique. La symptomatologie des NPIC est associée à une forte altération de la qualité de vie des patients, et peut dans certains cas conduire à une diminution des doses et des cycles de chimiothérapie, voire à un arrêt du traitement. La prise en charge actuelle des NPIC repose principalement sur l’utilisation de molécules recommandées dans le traitement des douleurs neuropathiques, et dont l’efficacité reste très modeste. L’intérêt de l’utilisation de modulateurs du système rénine-angiotensine, et plus principalement de la stimulation des récepteurs AT2 à l’angiotensine II, a été précédemment mis en évidence au sein du laboratoire, dans un modèle murin de neuropathie induite par la vincristine. Au cours du présent travail, nous avons développé un modèle de douleur neuropathique induite par l’oxaliplatine (OXP), un agent anticancéreux de la famille des sels de platine. Nous avons mis en évidence un effet bénéfique du ramipril, un inhibiteur de l’enzyme de conversion de l’angiotensine I en angiotensine II, dans la douleur neuropathique induite par l’OXP. Nous avons également mis en évidence l’effet préventif du ramipril et du candésartan, un antagoniste des récepteurs AT1 à l’angiotensine II, contre l’allodynie mécanique induite par le paclitaxel (PTX), un agent anticancéreux de la famille des taxanes. L’effet préventif du candésartan contre l’hypersensibilité mécanique induite par le PTX est médiée par la stimulation indirecte des récepteurs AT2 à l’angiotensine II. Paradoxalement, la stimulation directe ou indirecte des récepteurs AT2 n’a pas permis de prévenir la douleur neuropathique induite par l’OXP. Ces travaux mettent donc en lumière la nécessité du développement d’un traitement des NPIC adapté à la physiopathologie de chaque agent anticancéreux.

Les neuropathies des petites fibres (NPF), ou neuropathies douloureuses, se caractérisent par des douleurs neuropathiques et une dysautonomie, symptômes particulièrement invalidant et dont la prise en charge thérapeutique actuelle n’est pas satisfaisante. La biopsie cutanée, actuel examen « gold standard » dans le diagnostic des NPF, est un outil intéressant du fait de sa simplicité de réalisation sans séquelle, et de son accessibilité. Cependant, son interprétation actuelle est limitée, n’apportant qu’une information quantitative sur l’existence ou non d’une perte en fibres intra-épidermiques, résultante des NPF plus qu’une explication de la symptomatologie. Dans une première étude nous avons comparé la quantification des fibres de la biopsie cutanée à leur analyse fonctionnelle explorée par le SUDOSCAN®, ne retrouvant qu’une faible corrélation entre les deux outils et confirmant le mauvais reflet de la fonctionnalité des fibres dans la biopsie cutanée. De plus, dans une deuxième étude sur les patients Charcot-Marie-Tooth 1A, nous n’avons pas mis en évidence de corrélation entre la biopsie cutanée et les symptômes (sauf la sensibilité à la piqûre), soulignant une nouvelle faiblesse de cet examen. Concernant les biomarqueurs cutanées, l’analyse des cellules de Langherans dans différentes neuropathies a retrouvé une augmentation de celles-ci chez les patients diabétiques et une densité plus faible chez les sujets sains, mais également une diminution chez le patient CMT1A, sans jamais aucune corrélation avec la densité des petites fibres. Enfin, dans une troisième partie étudiant le syndrome POEMS, nous avons mise en évidence que la vascularisation cutanée, significativement plus élevée dans le POEMS, serait un biomarqueur candidat intéressant à visée diagnostique étiologique. La recherche de biomarqueurs cutanés, afin d’augmenter la puissance diagnostique, de mieux comprendre la physiopathologie de la perte en fibres pour de trouver des cibles thérapeutiques et améliorer la prise en charge de ces patients, parait essentielle. Des études supplémentaires sont nécessaires, et certaines sont en cours dans la continuité de ce travail.

Les neuropathies périphériques héréditaires (NP) sont caractérisées par des phénotypes très divers et une hétérogénéité génétique importante. La maladie de Charcot-Marie-Tooth (CMT) représente la majeure partie des neuropathies périphériques sensitivo-motrices. D’autres symptômes peuvent être associés, telle que la surdité. A l’heure actuelle, aucune estimation précise de la surdité n’existe dans cette population et la pathogénicité est incertaine. L’objectif de cette thèse était de mieux comprendre la physiopathologie de la surdité chez les patients atteints de neuropathies périphériques. Pour cela plusieurs approches complémentaires ont été mises en œuvre : 1) Approche clinique sur une cohorte française de patients atteints à la fois de neuropathie périphérique et de surdité et tests de génétique moléculaire avec séquençage NGS (Panels NP, surdités et/ou exomes) ; 2) Approche biochimique sur des prélèvements de nerfs cochléaires murins et humains ; 3) Approche bioinformatique afin d’identifier des réseaux de protéines impliquées dans l’apparition de surdité liée à une neuropathie périphérique. Grâce à ce travail, nous avons pu caractériser les phénotypes variés des patients atteints de NP génétique et surdité, et ainsi constater que la surdité peut être endo, rétro ou endo et rétrocochléaire. Trente-six gènes ont été rapportés comme associées à NP et surdité. Le génotype de nos patients NP+Surdité a pu être établi dans 60% des cas, avec la découverte de sept nouveaux variants pathogènes dans cinq gènes différents. Nos travaux suggèrent également que PMP22, le gène le plus retrouvé dans les CMT, n’est probablement pas ou peu impliqué dans l’apparition de la surdité des patients NP. Chez deux de nos patients présentant un variant pathogène de PMP22, un deuxième gène impliqué a été trouvé avec respectivement COCH et MYH14. Des corrélations génotypes-phénotypes ont pu être mises en évidence avec les gènes ABHD12, SH3TC2, NEFL et PRPS1. Deuxièmement, l’étude préliminaire immunohistochimique sur des nerfs auditifs de rats sauvages a permis de mettre en évidence l’expression de pmp22, mpz, nefl et trpv4 au niveau du nerf cochléaire et de pister une différence d’expression chez les rats CMTpmp22/+. L’étude chez l’humain n’a pas été concluante. Dernièrement, la recherche in silico de voies communes aux différents gènes décrits comme impliqués dans NP+surdité a permis de confirmer le lien direct entre PMP22 et MPZ. Des liens indirects entre plusieurs autres protéines ont été pistés. Cette thèse montre également que la surdité est très certainement sous-diagnostiquée dans cette population de NP génétique. Nous proposons donc un suivi audiométrique systématique des patients atteints de NP héréditaire, et une évaluation neurologique pour les enfants diagnostiqués pour surdité.

Les nerfs périphériques sont sujets à de nombreuses pathologies et l’étiologie des neuropathies périphériques (NP) est vaste (troubles métaboliques, infections, toxines, blessures physiques et mutations génétiques, ect.). Par exemple, les NP d’origine traumatique sont courantes et sont caractérisées par une dégénérescence dite Wallérienne des fibres nerveuses. Autre exemple, la maladie de Charcot-Marie-Tooth 1A (CMT1A) qui est la NP génétique héréditaire la plus fréquente. Elle est caractérisée par une surexpression de la protéine PMP22 impliquée dans le maintien de la gaine de myéline. Actuellement, il n’existe pas de traitement pharmacologique de ces deux affections des nerfs. Récemment, l’intérêt pour le rôle des antioxydants alimentaires, tels que la curcumine, a suscité de nombreuses recherches. Cette molécule est depuis longtemps utilisée en médecine asiatique pour ces propriétés thérapeutiques. Cependant, elle possède une très faible biodisponibilité et nécessite donc l’emploi de doses très élevées pour obtenir des effets bénéfiques. Dans une première étude, nos résultats ont montré que des faibles doses de curcumine administrées localement et en continu, améliorent la récupération fonctionnelle, les paramètres électrophysiologiques et histologiques, et l’expression des principales protéines de la myéline dans un modèle d’écrasement du nerf sciatique chez le rat. Ces effets bénéfiques ont été attribués aux propriétés antioxydantes de la curcumine. Dans une seconde étude, nos résultats ont montré qu’une faible dose de nanocristaux de curcumine (Nano-Cur), injectée en IP, améliorent le phénotype, les paramètres électrophysiologiques et histologiques dans un modèle transgénique de rat CMT1A. Dans cette étude, les effets positifs ont été attribués aux propriétés antioxydantes des Nano-Cur, couplés à l’activation de la voie de dégradation associée au réticulum endoplasmique, permettant la réduction de la surexpression nocive de PMP22 chez les rats CMT1A. L’ensemble de ces résultats démontrent que, l’administration de faibles doses de curcumine constitue un traitement prometteur dans la réparation des nerfs périphériques.

L’atrésie intestinale est une anomalie congénitale définie par une perte de la continuité digestive. Malgré une restauration chirurgicale précoce de cette continuité, surviennent durant les premiers mois de vie des troubles de la motilité digestive et des surinfections bactériennes chez un tiers des patients. Ces troubles fonctionnels étaient attribués jusque là principalement à des altérations du système nerveux entérique. Le but de cette étude était de confirmer cette hypothèse mais également d’élargir le champ des explorations aux autres composants du tube digestif.Matériel et méthodesLe modèle animal de l’atrésie chez le rat initialement décrit dans notre équipe a été utilisé pour caractériser les anomalies d’expression génique par transcriptomique. L’étude portait également sur la maturation digestive chez des fœtus de rat contrôle entre un stade de développement embryonnaire E15 et E21. Des modifications en amont et en aval de l’obstruction ont été étudiées en prélevant deux segments successifs de 1 cm par cette approche globale transcriptomique puis précisées par RT-PCRq et confirmées par des techniques immunohistochimiques et de microscopie électronique. RésultatsChez les fœtus témoins, l’expression génique montre une décroissance physiologique pour le SNE et une augmentation pour les systèmes neuroendocrine et épithélial de E15 à E21. Concernant les fœtus avec atrésie, les modifications concernent quasi exclusivement le segment d’amont avec une augmentation du calibre intestinal, de l’épaisseur musculaire et une accélération globale de la maturation. Une redistribution des sous types neuronaux est constatée dans le segment d’amont ainsi qu’une augmentation de l’expression du système neuro endocrine. Pour ces deux systèmes, le segment d’aval est peu modifié. Des modifications importantes du système épithélial sont observées en amont comme en aval avec pour conséquence probable une altération de la barrière intestinale et du système anti infectieux.ConclusionCes résultats montrent que les changements prédominent dans le segment en amont de l’atrésie alors que le segment d’aval était parfois considéré comme le plus pathologique. De plus, il a été retrouvé des changements inattendus du système neuroendocrine et épithélial qui sous tendent une implication non exclusive du SNE. D’autres recherches sont nécessaires pour confirmer ces données et les exploiter dans une démarche thérapeutique.

Les douleurs neuropathiques se caractérisent par l’apparition de symptômes positifs tels qu’une allodynie et de symptômes négatifs tel qu’une hypoalgésie. Les douleurs neuropathiques ont un retentissement important sur la qualité de vie et il n’existe à ce jour aucune thérapie efficace pour leur prise en charge préventive. Récemment, un système rénine-angiotensine tissulaire a été mis en évidence au sein du système nerveux périphérique sensitif et il a été démontré que sa modulation pharmacologique modifie la perception douloureuse chez l’animal. Dans ce travail, nous nous sommes intéressés à la physiopathologie et à la prévention thérapeutique des neuropathies sensitives par des modulateurs du SRA. Pour cela, deux modèles murins de neuropathie sensitive à l’origine de douleurs neuropathiques ont été utilisés ; un modèle de neuropathie induite par la résinifératoxine (RTX), toxine naturelle spécifique des petites fibres nociceptives et un modèle de neuropathie induite par la vincristine (VCR), un agent anticancéreux particulièrement neurotoxique. Une étude pharmacologique menée sur la neuropathie induite par la RTX nous a permis de mettre en évidence que seul le candésartan prévenait le développement de la neuropathie et que son effet était AT2R-dépendant. L’efficacité du candésartan a été confirmée dans le modèle de neuropathie chimio-induite, développé et caractérisé au cours de ce travail. Ce modèle de neuropathie induite par la VCR a permis de révéler, pour la première fois, le potentiel neuroprotecteur du C21 (agoniste direct du récepteur AT2R, Vicore Pharma) dans un contexte de neuropathie périphérique. L’ensemble de ces résultats confirme l’intérêt de la stimulation du récepteur AT2R dans le traitement des douleurs neuropathiques associées à une chimiothérapie, et plus largement d’origine toxique.

Le traitement d’une infection ostéo-articulaire nécessite une prise en charge longue, obligeant à des chirurgies itératives et à un traitement antibiotique systémique prolongé. À ce jour, le polyméthacrylate de méthyle est le vecteur d’antibiotique local le plus fréquemment utilisé chez l’homme pour traiter une infection ostéo-articulaire. Cependant les PMMA sont non résorbables et obligent à multiplier les interventions chirurgicales afin d’aboutir au traitement définitif de l’infection ostéo-articulaire. Le PMMA ne permet pas une libération complète de l’antibiotique avec de surcroît des doses inférieures à la CMI du germe en cause, pouvant faciliter l’émergence de bactéries résistantes. L’objectif de notre travail était d’obtenir une libération locale efficace et prolongée d’antibiotique grâce à un polymère entièrement résorbable. Le cahier des charges établi pour l’élaboration de ce polymère était le suivant : système matriciel offrant une libération de gentamicine à une dose de 1 à 2 mg/jour/g de mélange sur une période de plus de 10 jours. De plus, le polymère devait être bio-résorbable, c’est-à-dire qu’il devait pouvoir être dégradé jusqu’à obtenir des fragments pouvant être éliminés naturellement par l’organisme. Afin de répondre à ces exigences, il a été créé le PLA50P, Poly(D,L-acide lactique) de haut poids moléculaire. Afin d’obtenir le mélange gentamycine-PLA, une technique de compression des poudres des deux composants a été mise en œuvre. Ce polymère pouvait être stérilisé par -irradiation, sans influence sur les caractéristiques de relargage du polymère.La cinétique in vitro de la gentamicine relarguée par le PLA50GS montrait un pic maximum de gentamicine libérée obtenu à 12 jours et une stabilisation ensuite jusqu’à 63 jours de la quantité relarguée. La quantité cumulée de gentamicine relarguée à 3 semaines in vitro est de 54 % de la quantité contenue initialement dans PLA50GS. In vivo, nous observions une libération in situ de 5,1 µg/mL de gentamicine à J3, de 1,9 µg/mL de gentamicine à J7 et de 0 µg/mL à 5 semaines avec disparition de PLA50GS à l’examen macroscopique. Nous avons ainsi pu mettre en évidence, in vitro et in vivo, un relargage de la gentamicine à des doses supérieures à la CMI du germe et ce pendant plus de trois semaines.Afin de confirmer ces observations, nous avons ensuite mis au point un modèle d’infection périostée chez le rat. Pour ce faire nous avons utilisé des rats âgés de 10 à 12 semaines avec une injection au contact de l’os et au 1/3 moyen de la patte arrière de deux fois 100 ml de SAMS d’origine animale. L’utilisation du PLA50GS a montré sa supériorité par rapport à une administration parentérale d’une dose équivalente de Gentamicine avec une négativation du contage bactériologique chez tous les rats traités par le polymère chargé à la Gentamicine. Nous avons ensuite voulu traiter une infection articulaire grâce à notre polymère. Nous avons donc créé un modèle animal utilisant un lapin femelle de 4 kg avec une injection de 1 ml d’une solution à 103 CFU/ml de staphylococcus méthi-sensible d’origine léporidée. Le PLA50GS nous a permis de réduire très significativement la charge bactérienne intra-articulaire (baisse de 3 à 4 log10 soit 1000 à 10000 fois moins de bactéries) alors que le traitement antibiotique par voie générale dit de référence ne nous a pas permis de réduire l’infection intra-articulaire de façon significative par rapport au groupe non traité. Le PLA50GS nous a ainsi permis de réduire l’infection de 3 log10 par rapport aux autres groupes avec 2 lapins sur 6 guéris de leur infection.Le PLA50GS présente, ainsi, les caractéristiques suivantes : (i) stabilité de la Gentamicine au sein du polymère, (ii) polymère sous forme de poudre stable, (iii) relargage prolongé de la Gentamicine pendant plusieurs semaines, (iv) effet « burst » présent mais limité, (v) très bonne biotolérance, et (vi) efficacité supérieure aux traitements antimicrobiens classiques.

Des modifications du gène PMP22 (Peripheral Myelin Protein 22) sont responsables de neuropathies du système nerveux périphérique : l’Hypersensibilité à la Pression (HNPP : Hereditary Neuropathy with liability to Pressure Palsy) lorsqu’il est délété, CMT1A (Charcot-Marie-Tooth type 1A) lorsqu’il est dupliqué et CMT1E ou HNPP lors de mutations ponctuelles. Cependant, le rôle de la protéine PMP22 dans ces neuropathies demeure obscur. Dans un premier temps, nous nous sommes intéressés aux partenaires d’interactions potentiels de PMP22 : l’intégrine α6β4 (un récepteur des laminines), pourrait être impliqué dans le CMT1A. Dans cette étude, nous avons utilisé un modèle de rat transgénique portant des copies supplémentaires de PMP22 de souris. Chez ce modèle, nous avons mis en évidence des variations d’expression génique des intégrines, ainsi qu’une mauvaise localisation cellulaire de celles-ci. Ces variations des niveaux d’expression des intégrines sont les témoins d’un retard de la maturation des cellules de Schwann myélinisantes, expliquant la diminution de l’épaisseur des gaines de myéline, observée chez les rats CMT1A. Dans un second temps, nous avons étudié le cas particulier d’un patient sans expression de PMP22, en raison de deux mutations composites sur les deux allèles de PMP22. Nous avons observé que l’absence de PMP22 chez l’homme entraine une absence complète de myéline due à un blocage de l’initialisation de la myélinisation lors de la formation du mésaxone. Dans un troisième temps, nous avons effectué une étude comparative de modèles animaux et de patients atteints de CMT1A / 1E et d’HNPP permettant de valider l’utilisation de tels modèles dans l’étude de ses neuropathies. Enfin, nous nous sommes intéressés d’un point de vue informatique à la structure tridimensionnelle de différentes protéines dont PMP22 grâce à la dynamique moléculaire. Ce modèle tridimensionnel de PMP22 est le point de départ de l’étude des mutations ponctuelles ainsi que des interactions de PMP22 avec son environnement. Grâce aux animaux modèles et à l’étude de patients, nous avons montré le rôle indispensable de PMP22 dans l’initialisation de la myélinisation ainsi que son effet sur les intégrines dans le CMT1A. L’utilisation de modèles informatiques tridimensionnels créés de PMP22 permettra de comprendre les effets des mutations ponctuelles sur sa structure, et ses interactions.

La peau est un organe sensoriel qui permet notamment à l’organisme de s’adapter à son environnement. Ainsi, de nombreuses fibres nerveuses sont présentes au sein de cette peau permettant de détecter différents stimuli tels que la pression, la douleur ou encore une variation de température. A la suite d’une brûlure profonde, ces terminaisons nerveuses sont détruites et la repousse de ces fibres lors du processus de cicatrisation est inadéquate conduisant à des handicaps souvent sérieux chez les patients. Dans un premier travail, la réalisation d’une brûlure chez des animaux présentant ou non une neuropathie périphérique induite par la résinifératoxine a permis d’étudier le rôle de l’innervation lors de la cicatrisation. Chez les animaux traités, une cicatrisation plus lente et un défaut de réinnervation par rapport aux animaux contrôles étaient observés. Pour approfondir le rôle de l’innervation dans la cicatrisation, des études in vitro ont ensuite été réalisées afin d’évaluer les interactions possibles entre les cellules neuronales et les fibroblastes dermiques. Même en l’absence de contacts directs, il a été montré que les cellules neuronales sont capables d’induire la différenciation des fibroblastes en myofibroblastes. Au vue de l’implication de l’innervation sur la différenciation des fibroblastes et sur la cicatrisation, il semble important de pouvoir proposer aux patients brûlés, pour leur traitement, un nouveau concept de substitut cutané favorisant une repousse axonale fonctionnelle au sein du tissu cicatriciel.

Les cellules souches induites à la pluripotence (iPSc) apparaissent comme une solution très intéressante pour créer et observer le comportement de cellules spécifiques et inaccessibles d’un patient. Notre équipe travaille sur les pathologies génétiques des nerfs périphériques et en particulier la maladie de Charcot-Marie-Tooth (CMT). Un de nos objectifs est le développement de modèles de motoneurones de patients utilisant la stratégie des iPSc afin de mieux comprendre la physiopathologie des neuropathies liées au gène GDAP1. Ce gène a été décrit en 1998 pour être responsable d’une forme axonale de CMT ; il code une protéine de la membrane externe mitochondriale dont la fonction précise reste encore méconnue. Des fibroblastes dermiques (FD) ont été obtenus après une biopsie de peau d’une personne saine (témoin) et d’un patient homozygote porteur de la mutation non-sens p.Gln163* dans le gène GDAP1. Par la suite, les FDs ont été reprogrammés en cellules iPSc en utilisant le cocktail de Yamanaka (plasmides non intégratifs composés d’Oct4, Sox2, Klf4 et l-Myc). Après amplification, tous les contrôles ont été effectués pour conclure que nos iPSc avaient les mêmes propriétés et les mêmes capacités que les cellules souches embryonnaires ainsi qu’un caryotype normal. Enfin, nous avons optimisé le protocole de différenciation avec succès de manière à obtenir à partir des iPSc des rosettes (structures pleines de progéniteurs neuronaux), puis des neurones et finalement des motoneurones pour le contrôle et le patient. Les premières différences entre le contrôle et le patient ont été observées lors de l’obtention de rosettes. Les cellules du patient présentaient de nombreuses gouttelettes lipidiques et la proportion de rosettes obtenue était plus faible. Une fois les motoneurones obtenus, des tests de microscopie confocale et électroniques ont montré des différences du réseau mitochondrial entre le témoin et le patient, ainsi qu’une morphologie des mitochondries se rapprochant de celle observée lors de biopsie de nerf de patient (rondes / accumulées). De manière à réduire la durée de différenciation, une méthode de tri cellulaire a été utilisée la SdFFF. Cette méthode nous a permis de trier différents progéniteurs (neuraux / endothéliaux). La génération de motoneurones à partir de fibroblastes dermiques de patient atteint de CMT axonale via les iPSc était une première étape cruciale pour mieux comprendre le rôle de GDAP1 dans cette pathologie. Ce modèle cellulaire de CMT4A est un premier pas pour réaliser des tests précliniques de médicaments afin d’identifier de futurs candidats pharmacologiques.

La maladie de Charcot-Marie-Tooth (CMT) est une pathologie neurologique affectant le système nerveux périphérique. Bien que décrite à la fin du XIXème siècle, la découverte d’une anomalie génétique n’a été identifiée chez ces patients que dans les années 1990 (duplication du gène PMP22). Depuis, de nombreux gènes ont été incriminés, et leur nombre ne cesse d’augmenter. Ainsi, cette multitude de gènes nous incite à rechercher des corrélations phénotype-génotype qui permettent d’orienter au mieux le diagnostic et la prise en charge de ces patients. Comme nous le montrons au travers de nos travaux, il est possible de s’appuyer sur des données cliniques, biologiques, électrophysiologiques (voire radiologiques) et histo-pathologiques (biopsie de nerf) pour orienter la recherche d’anomalies génétiques. Pour illustrer ceci, nous nous sommes appuyés sur l’exemple des mutations du gène INF2, gène récemment associé à la maladie de Charcot-Marie-Tooth. Dans ce cas précis, l’atteinte rénale, le profil électrophysiologique (forme « intermédiaire » de CMT) et surtout les données histo-pathologiques (la biopsie de nerf permettant de retrouver la présence d’expansions schwanniennes caractéristiques) sont évocatrices de la présence d’une anomalie portée par ce gène. D’autres exemples de corrélations génotype-phénotype sont apportés au travers d’observations.

La synthèse de la gaine de myéline périphérique par les cellules de Schwann dans le système nerveux périphérique est sous le contrôle de plusieurs facteurs de transcription incluant Egr2 qui est aussi impliqué dans la maintenance de la myéline périphérique. Nous avons développé une nouvelle méthode pour étudier l’implication de différents gènes dans la maintenance de la myéline périphérique en utilisant des siRNA pour inactiver des gènes cibles in vitro et in vivo. Nous avons utilisé des siRNA modifiés pour inhyber les gènes candidats sans utiliser de réactif de transfection. Ces siRNA sont d’abord utilisés sur des co-cultures organotypiques de ganglions rachidiens postérieurs d’embryons de rat et aussi en les injectant dans le nerf sciatique de rat adulte. Nous avons montré que les siRNA contrôles n’entrainent pas de démyelinisation significative aussi bien sur les co-cultures que in vivo après l’injection directe dans le nerf sciatique. Nous avons alors montré que les siRNA anti Egr2 régulent à la baisse l’expression de ces gènes cibles d’environ 60%. En plus, le traitement avec les siRNA anti Egr2 entrainent une dégradation de la gaine de myéline périphérique dans les co-cultures. L’injection des siRNA anti-Egr2 dans le nerf sciatique de rat adulte induit une demyelinisation rapide et significative marquée par la perte de l’expression de MPZ (myelin protein zero) dans la zone d’injection montrée par les expériences immunohistochimiques (microscopie optique) et par l’observation directe de la démyelinisation à l’épon sur des sections transversales de nerf sciatique ( microscopie optique et électronique). Ces résultats confirment ceux précédents impliquant Egr2 dans la maintenance active de la myéline qui avaient été obtenus par des expériences de « Knockout » conditionnels sur des souris. Des injections des siRNA anti-dicer ont induit de manière similaire la démyelinisation de nerf sciatique, établissant que l’expression de Dicer dans les nerfs périphériques adultes est nécessaire pour la maintenance correcte de la myéline. Nos résultats constituent une preuve de concept de l’utilisation de siRNA pour comprendre les mécanismes moléculaires de la maintenance de la myéline in vivo et les gènes induisant la démyelinisation dans les nerfs périphériques.

L’existence de douleurs neuropathiques et/ou de perte de la sensibilité douloureuse sont souvent le reflet d’une neuropathie sensitive affectant plus particulièrement les fibres nerveuses sensitives amyélinique Aδ et C, dites neuropathie des petites fibres (NPF). Ces fibres innervent, notamment, le derme et l’épiderme de la peau. Elles communiquent la sensibilité thermique et algique au système nerveux central et contribuent à l’homéostasie cutanée, entre autres, par la libération de neuropeptides en périphérie. De nombreuses pathologies sont associées à une altération de ces petites fibres dans la peau. Deux pathologies impliquant une NPF ont été étudiées au cours de ce travail : les escarres et la maladie de Charcot-Marie-Tooth type 1A. Un travail expérimental a été réalisé chez la souris pour répondre à la question suivante ; est-ce qu’une seule atteinte des fibres nociceptives, responsables de la perte de sensibilité peut entraîner un déséquilibre de l’homéostasie cutanée, responsable de l’apparition des escarres ? La mise en place d’un modèle de neuropathie sensitive fonctionnelle réversible a permis de mettre en en évidence l’implication des neuropeptides, substance P (SP) et « calcitonin gene-related peptide » (CGRP), libérés par les fibres nerveuses cutanées, dans la formation d’ulcères de pression. Un traitement préventif à la rhEPO (Recombinant Human Erythropoietin) dans ce modèle associant une neuropathie et des plaies de pression, protège la peau contre une pression ischémiante induisant une escarre par son effet neuroprotecteur sur les petites fibres cutanées. L’association CMT1A et NPF a été étudiée à partir de biopsies cutanées humaines. La quantification des fibres intraépidermiques révèle que 48% des patients CMT1A sont atteints d’une NPF. L’analyse des biopsies cutanées révèle également une altération du nombre et de la morphologie de cellules de Langerhans dans la maladie de CMT1A. L’ensemble de ces résultats confirme l’intérêt de l’étude des petites fibres dans des pathologies variées et confirme le potentiel thérapeutique neuroprotecteur de l’EPO.

Pour retrouver toutes les infos des thèses soutenue au sein de l’EA6309, vous pouvez aussi allez visiter la page consacrée à notre équipe sur le site Aurore de L’Université de Limoges : aurore.unilim.fr/EA6309