Paris, 27 août 2015
Imiter les virus pour livrer des médicaments au coeur des cellules

Les virus ont une aptitude à détourner le fonctionnement des cellules pour les infecter. En s'inspirant de leur mode d'action, des chercheurs du CNRS et de l'Université de Strasbourg ont conçu un « virus chimique » capable de franchir la double couche de lipides qui délimite les cellules, puis de se désagréger dans le milieu intracellulaire afin d'y libérer des molécules actives. Pour cela, ils ont utilisé deux polymères de leur conception, qui ont notamment des capacités d'auto-assemblage ou de dissociation selon les conditions. Ces travaux, fruit d'une collaboration entre chimistes, biologistes et biophysiciens, sont publiés dans l'édition du 1er septembre de la revue Angewandte Chemie International Edition.
Les progrès biotechnologiques donnent accès à un trésor de molécules ayant un potentiel thérapeutique. Beaucoup de ces molécules sont actives uniquement à l'intérieur des cellules humaines et restent inutilisables car la membrane lipidique qui délimite les cellules est une barrière qu'elles ne peuvent pas franchir. L'enjeu est donc de trouver des solutions de transfert aptes à traverser cette barrière.

En imitant la capacité des virus à pénétrer dans les cellules, des chimistes du Laboratoire de conception et application de molécules bioactives (CNRS/Université de Strasbourg) cherchent à concevoir des particules à même de libérer des macromolécules actives uniquement au sein des cellules. Pour cela, ces particules doivent obéir à plusieurs contraintes souvent contradictoires. Elles doivent être stables dans le milieu extracellulaire, capables de se lier aux cellules afin d'être internalisées mais être plus fragiles à l'intérieur des cellules pour libérer leur contenu. Avec deux polymères de leur conception, les chercheurs ont réussi à construire un "virus chimique" remplissant les conditions nécessaires pour transférer directement des protéines actives dans la cellule.

Concrètement, le premier polymère (pGi-Ni2+) sert de support aux protéines, qui s'y fixent. Le second polymère (πPEI), récemment breveté, encapsule cet ensemble grâce à ses charges positives qui se lient aux charges négatives du pGi-Ni2+. Les particules obtenues (30-40 nanomètres de diamètre) sont capables de reconnaitre la membrane entourant les cellules et de s'y lier. Cette liaison active une réponse cellulaire : la nanoparticule est enveloppée par un fragment de membrane et entre dans un compartiment intracellulaire appelé endosome. Alors qu'ils étaient stables à l'extérieur de la cellule, les assemblages sont ébranlés par l'acidité qui règne dans ce nouvel environnement. Par ailleurs, cette baisse de pH permet au polymère πPEI de faire éclater l'endosome, ce qui libère son contenu en molécules actives.

Grâce à cet assemblage, les chercheurs ont pu concentrer suffisamment de protéines actives à l'intérieur des cellules pour obtenir un effet biologique notable. Ainsi, en transférant une protéine appelée caspase 3 dans des lignées de cellules cancéreuses, ils ont réussi à induire 80 % de mort cellulaire1.

Les résultats in vitro sont encourageants, d'autant que ce "virus chimique" ne devient toxique qu'à une dose dix fois supérieure à celle utilisée dans cette étude. Par ailleurs, des résultats préliminaires chez la souris ne font pas état de surmortalité. L'élimination par l'organisme des deux polymères reste cependant une question ouverte. La prochaine étape consistera à tester ce système de manière approfondie in vivo, chez l'animal. A court terme, ce système servira d'outil de recherche pour vectoriser2 dans les cellules des protéines recombinantes et/ou chimiquement modifiées. A long terme, ce travail pourrait ouvrir le champ d'application des protéines pharmaceutiques à des cibles intracellulaires et contribuer à la mise au point de médicaments novateurs.

Ces travaux ont été rendus possibles par la collaboration de biophysiciens et de biologistes. Les compétences en cryomicroscopie électronique de l'Institut de génétique et de biologie moléculaire et cellulaire (CNRS/Université de Strasbourg/Inserm) et l'expertise en microscopie à force atomique du Laboratoire de biophotonique et pharmacologie (CNRS/Université de Strasbourg) ont permis de caractériser les assemblages moléculaires de manière très précise. Le laboratoire Biotechnologie et signalisation cellulaire (CNRS/Université de Strasbourg) a quant à lui fourni les protéines recombinantes encapsulées dans le virus artificiel.

DOCUMENT         CNRS         LIEN

Déficit immunitaire combiné sévère (DICS)

Décembre 2009 -- Mise à jour février 2015

Le déficit immunitaire combiné sévère (DICS) est un syndrome rare, caractérisé par une absence de fonction de certaines cellules du système immunitaire, normalement chargées de protéger l’organisme des agressions microbiennes. Provoqué par diverses anomalies génétiques, les DICS appartiennent à la famille des "déficits immunitaires primitifs", dont on connaît aujourd’hui plus de 150 formes.

Quand le système immunitaire ne fonctionne plus

Le système immunitaire désigne l’ensemble des cellules chargées de distinguer le "soi" du "non-soi", et de protéger notre organisme contre les agressions externes (par exemple les virus, les bactéries, les parasites). Il comprend notamment des cellules spécialisées - comme les lymphocytes T, B, NK (Natural Killer).

En cas de déficit immunitaire, la production de ces cellules ou leur fonctionnement au cours du développement de l’enfant (réponse adaptative aux agressions) sont entravés. Tous les DICS n’ont pas la même origine génétique, ni le même profil immunologique (la numération des lymphocytes T, B et NK varie selon les malades), ni la même incidence dans la population (encadré ci-dessous).

 
Les différents DICS
Déficience de la chaîne commune gamma des récepteurs des lymphocytes T (ou DICS lié à l’X) - Forme la plus fréquente de DICS, elle représente environ 45-50 % des cas. Le syndrome est provoqué par des mutations dans un gène du chromosome X, qui code pour un composant (appelé "c" pour "chaîne commune gamma") nécessaire au fonctionnement des lymphocytes T. Le caractère héréditaire récessif lié à l’X de ce DICS explique que seuls les garçons sont touchés lorsqu'ils héritent du chromosome X muté de la mère, qui n'est donc pas compensé par un second chromosome X sain.
Déficit en adénosine désaminase - Le déficit est ici provoqué par des mutations dans un gène du chromosome 20, codant pour une enzyme appelée adénosine désaminase (ADA), essentielle aux lymphocytes T : l’absence de cette enzyme provoque leur mort. Le déficit en ADA représente environ 15 % de l’ensemble des cas de DICS. Filles et garçons sont concernés.
Déficit en Janus kinase 3 - Il provient d’une mutation dans un gène du chromosome 19, produisant une enzyme appelée Janus kinase 3 (Jak3) nécessaire pour la fonction de la chaîne commune gamma. Environ 10 % des DICS proviennent de cette anomalie. Les numérations des lymphocytes T, B et NK sont similaires à ceux du DICS lié à l’X. Les enfants des deux sexes peuvent être affectés.
Il existe d’autres formes plus rares de DICS (déficience de la chaîne alpha du récepteur IL-7, déficience des gènes d’activation de la recombinase…). Une dizaine est aujourd’hui décrite et d’autres ont une origine génétique encore inconnue.

Incidence, symptômes et diagnostics

Les DICS sont des maladies très rares : la forme la plus fréquente (DICS lié à l’X) ne concerne qu’une naissance sur 200 000 environ chaque année. Le symptôme le plus caractéristique est le nombre excessif d’infections, en raison des défauts de fonctionnement du système immunitaire, et cela dès les premiers mois de la vie. Ces infections ne sont pas seulement des rhumes, comme chez les bébés indemnes du DICS, mais peuvent être bien plus graves : pneumonies, méningites ou septicémies. Les virus communs, comme celui de la varicelle, peuvent rapidement se répandre au-delà de la peau et des muqueuses pour atteindre les organes internes. Des infections mycosiques (levures) rebelles aux traitements affectent aussi souvent ces bébés, la plus fréquente étant le muguet (candidose de la bouche). Autre symptôme fréquent apparaissant très tôt au cours du développement : la diarrhée persistante, pouvant entraîner perte de poids, malnutrition et retard de croissance. Ces diarrhées sont provoquées par des microbes communs, mais l’immunodéficience des jeunes patients explique leur persistance. Le diagnostic se fait par numération précise des différents lymphocytes au cours de la première année de l’enfant. Enfin, des tests génétiques permettent de faire un diagnostic moléculaire, notamment s’il y a des antécédents familiaux. Dans ce dernier cas, le test génétique peut être réalisé avant la naissance, dans le cadre d’un diagnostic prénatal.

La greffe de cellules souches

Le traitement privilégié du DICS est la reconstitution immunitaire par transplantations de moelle osseuse ou de sang de cordon, thérapeutiques introduites voici déjà plus de trois décennies. Les transplantations de cellules souches de moelle osseuse ou de sang de cordon (dites "cellules souches hématopoïétiques") sont pratiquées dans des hôpitaux spécialisés. On administre au patient immunodéficient des cellules souches de moelle osseuse ou de sang de cordon provenant d’un donneur - d’où le terme "allogreffe", c’est-à-dire greffe provenant d’un autre. Le donneur idéal est un frère ou une sœur compatible (HLA identique familial) et, bien sûr, non atteint par le DICS. Si la situation ne se présente pas, diverses techniques ont permis d’améliorer les résultats avec des donneurs apparentés semi-compatibles, comme les parents du malade. On dispose aujourd’hui de cohortes de patients ayant bénéficié d’allogreffes de cellules souches hématopoïétiques sur de longues périodes (jusqu’à 34 ans), ce qui permet d’observer les bénéfices en termes de santé et de qualité de vie, mais aussi les événements cliniques pouvant survenir à distance de la greffe.

L’espoir de la thérapie génique
En 1999, des équipes françaises (Salima Hacein-Bey Abina, Marina Cavazzana et Alain Fischer, unité Inserm 768, hôpital Necker, Paris), en collaboration avec des équipes anglaises, ont été pionnières dans le traitement par thérapie génique des "bébés bulles" atteints de DICS lié à l’X. Malgré la survenue de plusieurs cas de leucémies chez les 19 patients inclus, les effets thérapeutiques du traitement persistent encore. Sur les 9 enfants traités en France il y a plus de 10 ans, 8 sont vivants, à domicile, et suivent une scolarité normale. Sans ce traitement, leur espérance de vie était très limitée.
Pour en savoir plus, consultez notre dossier sur la thérapie génique

DOCUMENT       inserm.fr         LIEN

Coma

Dossier réalisé avec la collaboration du Dr Benjamin Rohaut, Unité de réanimation neurologique, pôle des maladies du système nerveux et Institut du cerveau et de la moelle épinière (ICM), unité Inserm 975, Neuropsychologie et neuroimagerie, GH-Pitié-Salpêtrière, Paris - Octobre 2013.

Le coma correspond à la forme la plus sévère d’altération de la conscience. Un patient dans le coma semble endormi, mais il ne réagit à aucune stimulation, même douloureuse. Cet état, généralement transitoire, peut s’observer dans un grand nombre de maladies, neurologiques ou non.

Du coma à l’état végétatif

Le coma est la forme la plus sévère d’altération de la conscience. Il s’agit en général d'un état transitoire, durant au maximum quelques semaines. Dans les cas les plus graves son évolution peut conduire au décès. Dans les cas les plus favorables, le retour à la conscience est rapide, se produisant au bout de quelques jours. Mais le plus souvent, l’amélioration est lente et peut passer par d’autres états de conscience altérée, tels que l’état végétatif et l’état de conscience minimale.

L’état végétatif est défini par une ouverture spontanée des yeux, mais sans conscience. Certains mouvements reflexes sont possibles, notamment des mouvements des yeux, mais sans poursuite visuelle. L’état de conscience minimale (ou « état pauci-relationel ») est défini par une ouverture des yeux avec une conscience « partielle » possible, mais insuffisante pour qu’une communication fonctionnelle puisse s’établir. On observe souvent certains gestes non reflexes, notamment une poursuite visuelle.

 
Le coma n’est pas la mort cérébrale
La mort cérébrale est définie par l’absence totale et définitive de l’activité cérébrale. Le contrôle des fonctions dites végétatives (respiration, contrôle du système cardiovasculaire…) n’est plus assuré. Le cœur du patient bat encore (temporairement) grâce aux techniques d’assistance de réanimation. C’est dans cette situation que se pose la question du don d’organe envers un tiers.

Des causes nombreuses et variées

Le coma peut être la conséquence d’une altération directe du système de l’éveil, situé dans une structures profonde du cerveau (le tronc cérébral), d’où les neurones se projettent largement vers le reste du cerveau et régulent le cycle veille-sommeil. Il peut aussi être la conséquence d’un processus plus diffus, affectant l’ensemble du cerveau (cortex et/ou substance blanche).

Les causes les plus fréquemment responsables d’un coma sont :

les traumatismes crâniens,
l’hypoxie/ischémie cérébrale,
les accidents vasculaires cérébraux (hémorragiques surtout),
les surdosages médicamenteux/toxiques,
les états de mal épileptiques
les encéphalites, méningo-encéphalites et abcès cérébraux,
les encéphalopathies (métaboliques, dysimmunes…) ,
les tumeurs cérébrales.
Le pronostic d’un coma dépend beaucoup de sa cause. Certaines d’entre elles - comme les causes métabolique/toxique, les états de mal épileptiques ou les encéphalopathies - sont généralement de meilleur pronostic que les causes vasculaires ou hypoxiques qui entrainent l’absence d’oxygénation temporaire d’une région plus ou moins étendue du cerveau.

Tenter d’identifier la cause dès la prise en charge


© Fotolia
Les premières étapes de la prise en charge d’un patient dans le coma consistent à évaluer rapidement ses fonctions vitales (voies respiratoires dégagées, bonne oxygénation du sang, niveau de pression artérielle correcte) et, si besoin, à mettre rapidement en place les mesures de réanimation nécessaires (support ventilatoire, hémodynamique…). Son degré d’altération de la conscience est évalué à l’aide d’un score (de Glasgow), cotant les réponses verbale, oculaire et motrice à différentes stimulations physiques. Un patient dans le coma est en général admis dans un service de réanimation médicale ou chirurgicale.

Il s’agit ensuite d’identifier la cause du coma. Certains examens ou tests pharmacologiques permettent d’éliminer des causes rapidement réversibles (hypoglycémie, surdosage en morphinique ou en benzodiazépine). Une imagerie cérébrale (scanner ou IRM) est souvent pratiquée, pour éliminer une pathologie nécessitant un geste chirurgical urgent. Le recueil détaillé des antécédents et des circonstances de survenue du coma, associé à l’examen neurologique permettent le plus souvent d’orienter les médecins vers la cause du coma. Des examens complémentaires sont ensuite souvent nécessaires pour confirmer le diagnostic (imagerie cérébrale, ponction lombaire, électroencéphalogramme et bilan biologique).

Le devenir des patients, souvent difficile à prévoir

Prévoir le devenir du patient est un enjeu majeur, notamment lorsque le coma se prolonge ou que le patient reste dans un état de conscience altéré (état végétatif ou de conscience minimale). La poursuite de la réanimation n’a en effet plus de sens si l’on arrive à la certitude qu’il n’y a plus d’espoir de récupération.

Dans certaines situations, l’évaluation du pronostic est relativement simple. Ainsi, dans les comas post-anoxiques (causé par une interruption dans l’oxygénation du cerveau), de nombreuses études ont permis de définir des critères pronostics très fiables. L’abolition de réflexe pupillaire ou cornéen ou un score moteur de Glasgow inférieur à 2 au troisième jour de la prise en charge sont des facteurs de très mauvais pronostic.


Dans d’autres situations l’évaluation est plus délicate et fait appel, en plus du suivi de l’examen clinique qui est fondamental, à des explorations complémentaires :

- des explorations électrophysiologiques, électroencéphalographie et potentiels évoqués (enregistrement de l'activité électrique du système nerveux), qui permettent d’explorer le degré de fonctionnement cérébral résiduel

- des examens d’imagerie cérébrale (scanner, IRM), qui permettent de quantifier l’étendue des lésions cérébrales éventuelles.

En l’absence d’amélioration, un état végétatif est dit « persistant » après un mois. On parle d’état végétatif permanent après 3 mois en cas de lésion cérébrale non traumatique, et après 12 mois en cas de lésion cérébrale traumatique. De nombreuses études se fondant sur le suivi de patients ont montré que la probabilité de récupération devient alors quasi nulle.

Pour préciser le pronostic des patients récupérant lentement, plusieurs équipes de recherche tentent actuellement d’identifier des marqueurs pronostiques plus performants, notamment à l’aide d’explorations fonctionnelles sondant les capacités résiduelles du fonctionnement cérébral, ou de techniques d’imageries plus sensibles, permettant de détecter des lésions cérébrales qui peuvent passer inaperçues avec les techniques couramment utilisées.

Communiquer avec une personne dans le coma ?

Par définition, un patient dans le coma n’est pas conscient. On ne peut donc pas communiquer avec lui. Mais le diagnostic reposant sur l’évaluation des réponses du patient, il peut exister des situations (très rares) où un patient diagnostiqué à tort comateux est en réalité conscient.L’exemple classique est celui du « locked-in syndrome » dans lequel le patient est presque entièrement paralysé. Si après un examen neurologique approfondi un doute subsiste sur le niveau de conscience d’un patient, certaines techniques d’imageries fonctionnelles peuvent parfois conduire à la mise en évidence d’une telle situation. Ces cas sont toutefois extrêmement rares.

DOCUMENT       inserm.fr      LIEN

Paris, 4 août 2015

Découverte d'une pièce manquante dans le puzzle des troubles autistiques

Une étude, menée dans le laboratoire Neurobiologie des interactions cellulaires et neurophysiopathologie (CNRS/Aix-Marseille Université), en collaboration avec des cliniciens de l'AP-HM et des chercheurs du Salk Institute à San Diego, dévoile un nouveau gène qui joue un rôle majeur au cours du développement précoce de l'individu et dont la sous-expression pourrait induire certains traits autistiques. Ces travaux sont publiés le 4 août 2015 dans la revue Molecular Psychiatry.
Comprendre les mécanismes qui sous-tendent les troubles du spectre autistique (TSA), dont souffrent 7,6 millions de personnes selon l'Organisation mondiale de la santé, est un défi important.  Caractérisée par des symptômes hétérogènes et par une origine multifactorielle, cette pathologie complexe se met en place au cours du développement du cerveau. Les chercheurs ont donc choisi d'étudier des cellules souches olfactives adultes, témoins des premiers stades de l'ontogenèse afin de trouver de nouveaux gènes impliqués dans la maladie. Facilement  accessibles par biopsie nasale, ces cellules qui appartiennent à un tissu nerveux et peuvent se différencier en neurones constituent un modèle intéressant pour identifier les gènes et les protéines dont l'expression est dérégulée chez les patients atteints de TSA.
L'équipe a découvert que le gène codant pour l'enzyme MOCOS (sulfurase du cofacteur à molybdène) est sous-exprimé dans les cellules souches de neuf des onze adultes TSA du groupe étudié. Cette sous-expression est particulièrement intéressante car, bien que des centaines de gènes aient déjà été identifiés pour leurs rôles présumés dans les troubles autistiques, chacun d'eux n'explique au mieux que 1% des cas.
Jusqu'à présent, la protéine MOCOS était connue pour son rôle dans le métabolisme des purines, qui aboutit notamment à la production d'acide urique. De par son implication dans cette voie chimique, MOCOS semble avoir une fonction dans les processus d'immunité et d'inflammation ainsi que dans la destruction des radicaux libres, mais on ne lui connaissait jusqu'à présent pas de rôle au niveau cérébral. Les premières données de l'étude suggérant toutefois que cette enzyme pourrait avoir d'autres fonctions, encore inconnues, les chercheurs se sont intéressés aux conséquences de la dérégulation de la synthèse de MOCOS.
L'analyse de différents tissus a montré l'expression de MOCOS dans les cellules du cerveau ainsi que dans l'intestin de plusieurs espèces, notamment le ver C. elegans et les mammifères. Chez ces différents organismes, la sous-expression de l'enzyme induit une hypersensibilité au stress oxydatif (c'est-à-dire à la toxicité des radicaux libres), des synapses en moins grand nombre et une neurotransmission anormale due à une diminution du nombre de vésicules transportant les neurotransmetteurs.
Compte tenu de la distribution de MOCOS dans de nombreux organes et de son implication dans des fonctions biologiques et neurobiologiques multiples, son dysfonctionnement correspond bien à l'hétérogénéité des symptômes qui touchent les patients atteints de TSA. L'implication de cette enzyme dans la sensibilité au stress oxydatif, fréquemment observée chez les enfants autistes, son association avec des maladies gastro-intestinales, qui vont souvent de pair avec les troubles autistiques, et son rôle dans le développement nerveux et la neurotransmission en font un candidat idéal pour que la dérégulation de son expression conduise au développement cérébral anormal observé dans les TSA.
L'objectif est maintenant d'identifier les molécules qui régulent en amont l'expression du gène et celles qui interagissent avec l'enzyme, de comprendre leurs modes d'action et de chercher les moyens de rétablir une expression normale de MOCOS. La possible implication de cette protéine dans d'autres fonctions doit également être étudiée. Le laboratoire à l'origine de cette découverte prévoit d'étudier des souris présentant un défaut d'expression de MOCOS afin d'analyser la façon dont l'enzyme et ses régulateurs influent sur le développement du système nerveux. Cette nouvelle étude devrait contribuer à mieux comprendre comment le cerveau des patients atteints de TSA établit des connexions anormales tout en dévoilant de nouvelles perturbations cliniques et biologiques chez ces patients. Ces travaux ouvrent de nouvelles voies de recherche et la compréhension des rôles de MOCOS et de ses régulateurs devrait permettre de développer à long terme des outils thérapeutiques et de nouvelles méthodes de diagnostic.

DOCUMENT           CNRS        LIEN