Un facteur sanguin impliqué dans la dépression

21 FÉV 2023 | PAR INSERM (SALLE DE PRESSE) | BIOLOGIE CELLULAIRE, DÉVELOPPEMENT ET ÉVOLUTION


Petit groupe de cellules souches nerveuses isolées chez la souris et cultivées in vitro observées au microscope confocal. (LaminB1 en vert, Sox2 en rouge) © Unité Perception et mémoire – Institut Pasteur

Le processus de vieillissement est souvent lié à l’apparition de troubles cognitifs, d’états dépressifs ou encore de perte de mémoire. Des scientifiques de l’Institut Pasteur, du CNRS et de l’Inserm ont découvert que l’administration de la protéine GDF11, déjà connue pour régénérer les cellules nerveuses murines, améliore les capacités cognitives et par ailleurs diminue les états dépressifs chez des souris âgées. Ils ont également mis en évidence le mécanisme d’action de cette protéine dans différents modèles murins. Les scientifiques ont ensuite approfondi ces résultats sur la dépression, et ont montré que chez l’humain, le taux de GDF11 est inversement lié aux épisodes dépressifs. Les résultats de cette étude sont parus dans la revue Nature Aging le 2 février 2023.

Le processus de vieillissement est souvent lié à l’apparition de troubles neurologiques : déclin cognitif, perte de mémoire ou encore troubles de l’humeur comme la dépression. Des études précédentes ont montré que le facteur de croissance « GDF11 », une protéine présente dans le sang, avait un effet bénéfique sur les perceptions olfactives et sur le processus de génération de nouvelles cellules dans le cerveau de souris âgées. Le mécanisme d’action de GDF11 dans le cerveau restait encore inconnu.

Des chercheuses et chercheurs de l’Institut Pasteur, du CNRS et de l’Inserm ont découvert que l’administration sur le long terme de la protéine GDF11 à des souris âgées, améliore leurs capacités de mémorisation et atténue significativement les troubles du comportement liés à un état dépressif, leur permettant de retrouver un comportement similaire à des souris plus jeunes.

Les scientifiques ont poursuivi leur étude dans différents modèles murins âgés ou bien présentant des troubles du comportement lié à un état dépressif ainsi que dans des cultures de neurones in vitro, ce qui leur a permis d’identifier le mécanisme d’action moléculaire de GDF11. Ils ont en effet découvert que l’administration de GDF11 active au niveau du cerveau le processus naturel de nettoyage intracellulaire, appelé « autophagie », et l’élimination des cellules sénescentes. La protéine GDF11 augmente ainsi le renouvellement de cellules dans l’hippocampe de manière indirecte et restaure l’activité neuronale.

Afin de mieux comprendre le lien entre les troubles dépressifs et la protéine GDF11 chez l’humain, les scientifiques de l’Institut Pasteur, du CNRS et de l’Inserm, en collaboration avec des scientifiques de l’université McMaster, ont quantifié la protéine dans le sérum sanguin d’une cohorte internationale de jeunes patients atteints de troubles dépressifs. Ils ont observé que les taux de GDF11 sont significativement plus bas chez ces patients. Par ailleurs, en mesurant les taux de cette protéine à différents stades, les scientifiques ont observé une fluctuation du taux en fonction de l’état dépressif.

« Ce travail apporte des preuves cliniques reliant les niveaux faibles sanguins de GDF11 aux troubles de l’humeur chez des patients atteints de dépression » indique Lida Katsimpardi, chercheuse dans l’unité Perception et mémoire à l’Institut Pasteur, affiliée à l’Inserm au sein de l’Institut Necker Enfants Malades et co-dernière auteure de l’étude. « A l’avenir, cette molécule pourrait être utilisée pour diagnostiquer, tel un biomarqueur, des épisodes dépressifs. Elle pourrait également servir de molécule thérapeutique pour le traitement des dysfonctions cognitives et affectives. » conclue-t-elle.

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neurone

Consulter aussi dans le dictionnaire : neurone
Cet article fait partie du dossier consacré au système nerveux.
Cellule de base du tissu nerveux, capable de recevoir, d'analyser et de produire des informations. (La partie principale, ou corps cellulaire du neurone, est munie de prolongements, les dendrites et l'axone.)

Le neurone, ou cellule nerveuse, est l'unité fonctionnelle du système nerveux. Sa configuration cellulaire spécifique le rend capable de générer, de transmettre et/ou de recevoir des informations sous forme de signaux électriques (influx nerveux).
Le système nerveux est très complexe : ses quelque cent milliards de cellules (1011, à un facteur de 10 près) peuvent être classées en plus de 1 000 catégories, chacune comprenant plusieurs sous-classes selon des critères incluant leur taille, leurs arborisations, les contacts afférents ou efférents. Cette apparente complexité masque en fait une grande similitude fonctionnelle, la particularité de chaque cellule reposant principalement sur sa position dans un circuit donné.
On peut dès lors essayer de mieux comprendre le système nerveux à partir de propriétés simples des cellules qui le composent : les mécanismes qui donnent naissance aux potentiels d'action neuronaux, les modes de transmission synaptique, les interactions fondamentales entre neurones et cellules gliales.
En effet, les neurones sont entourés d'autres cellules : les cellules gliales (du grec gloios, « glu ») – elles ont longtemps été considérées comme de simples éléments de remplissage entre les neurones. On compte environ dix fois plus de cellules gliales que de neurones, et il est clair aujourd'hui que leurs fonctions, essentielles à l'activité neuronale, sont multiples.

LES COMPARTIMENTS DU NEURONE

Le neurone est constitué de quatre grandes régions : le corps cellulaire, ou soma, les dendrites, les axones et les terminaisons présynaptiques. Chacune de ces différentes régions joue un rôle bien défini dans l'initiation et le transport de l'information.
Le soma, qui contient le noyau du neurone, en est le centre métabolique, car il comprend aussi toute la machinerie de synthèse de ses différents constituants. Du corps cellulaire partent deux sortes de prolongements, les dendrites et l'axone.

Les dendrites, qui se ramifient au point de former un arbre touffu autour du corps cellulaire (arbre dendritique), sont les voies par lesquelles l'information arrive. Elles sont le siège d'une activité métabolique intense et d'une synthèse protéique active : la microscopie électronique permet d'y distinguer des mitochondries en abondance, ainsi qu'un réticulum endoplasmique rugueux, porteur de nombreux ribosomes.

Axone
L'axone, prolongement au diamètre constant (de 0,2 à 20 μm), peut atteindre 1 m de longueur. Il est la voie privilégiée de sortie de l'information, et, contrairement aux dendrites, l'activité métabolique y est peu importante. L'axone transporte en revanche les macromolécules stockées dans des vésicules, ou organelles, au sein du corps cellulaire. Dans certains cas, ce transport permet une maturation de la molécule, importante pour sa fonction.
Près de sa terminaison, l'axone se divise en fines ramifications, les terminaisons présynaptiques. Ces dernières sont le site de stockage des neurotransmetteurs, qui vont permettre le transfert de l'information aux dendrites du neurone postsynaptique.

L’INFLUX NERVEUX

L'une des propriétés essentielles du neurone est sa capacité à produire, puis à acheminer loin du corps cellulaire, une information sous la forme d'un groupe d'impulsions électriques, les potentiels d'action.
Décrite dès 1849 par le biologiste allemand Emil Du Bois-Reymond (1818-1896), cette aptitude résulte des propriétés de la membrane cellulaire du neurone et des protéines qu'elle contient. Les protéines membranaires des cellules de l'organisme peuvent être regroupées en cinq grandes familles : les pompes, les canaux, les récepteurs, les enzymes et les protéines de structure.

LES ÉCHANGES D'IONS ENTRE LE NEURONE ET SON MILIEU
Les pompes utilisent l'énergie produite à partir de la dégradation des sucres pour déplacer activement des ions et d'autres molécules contre leur gradient de concentration (un gradient est créé de fait par les différences de concentration d'une substance de part et d'autre d'une membrane ; celle-ci peut être traversée passivement – sans nécessiter de pompes – par les ions, du milieu le plus concentré vers le moins concentré, c'est-à-dire dans le sens du gradient). La composition ionique du milieu intracellulaire est différente de celle du milieu extracellulaire, et ce pour toutes les cellules de l'organisme. À l'intérieur d'un neurone, il y a dix fois plus de potassium et dix fois moins de sodium qu'à l'extérieur.
La pompe Na-K-ATPase échange trois ions sodium de l'intérieur contre deux ions potassium de l'extérieur. Ces échanges ioniques induisent une différence de potentiel au niveau de la membrane ; celle-ci a un potentiel d'environ 60 mV.

LE POTENTIEL TRANSMEMBRANAIRE
Comme le milieu intérieur, concentré en protéines chargées négativement, est négatif, et que le milieu extracellulaire, choisi comme référence, est à zéro, le potentiel de repos d'un neurone se situe à − 60 mV. Cette valeur est prise comme base à partir de laquelle les variations traduisent l'apparition d'une information.
Toute augmentation (en valeur absolue) du potentiel transmembranaire (de − 60 à − 70 mV, par exemple) est une hyperpolarisation ; inversement, une diminution de potentiel (de − 60 à − 50 mV, par exemple) est une dépolarisation.

L'hyperpolarisation éloigne du seuil d'apparition d'un potentiel d'action, tandis que la dépolarisation est l'étape initiale pouvant donner naissance, si elle est suffisamment intense, à la « décharge » du neurone : le potentiel d'action. Lorsqu'un signal atteint le neurone, il en résulte une hyper- ou une dépolarisation.
Dans le premier cas, on parle de signal inhibiteur, tandis qu'il est excitateur dans le second. Le stimulus peut être de toute nature : lumière, bruit, odeur, étirement musculaire, molécule chimique libérée par un autre neurone, etc. Il en résulte une perturbation du potentiel de repos de faible amplitude (moins de 10 mV), locale et graduée : locale, car la résistance passive de la membrane limite la diffusion de la perturbation ; graduée, car le changement de potentiel est proportionnel à l'intensité de la stimulation ; on parle de potentiel de récepteur et/ou de potentiel synaptique.
L'ensemble des potentiels qui atteignent un même neurone est intégré au niveau d'une zone spécialisée de la membrane, appelée trigger zone, ou zone gâchette. C'est là que la sommation des hyper- et/ou des dépolarisations élémentaires se transforme ou non en un potentiel d'action.

LA NAISSANCE DU POTENTIEL D'ACTION
Le potentiel d'action est une dépolarisation ample (jusqu'à 110 mV), brève (1/1 000 s), générée selon la loi du « tout ou rien », et propagée activement le long du neurone et de l'axone sans diminution d'amplitude.
Dans le courant des années 1950, Alan L. Hodgkin, Andrew F. Huxley et Bernard Katz démontrèrent, sur l'axone géant de calmar, que la propagation de l'influx nerveux coïncidait avec un brusque changement de la perméabilité membranaire aux ions sodium (Na+) et potassium (K+). Au repos, la membrane est principalement perméable au potassium (on parle de conductance potassique), qui passe par des canaux dits « de fuite ». Hodgkin et Katz avancèrent l'hypothèse que l'influx nerveux modifie la conductance, car il entraîne l'ouverture brutale des canaux sodiques sensibles au potentiel de la membrane. Ces derniers s'ouvrent dès que la différence de voltage atteint un seuil de − 55 mV, et laissent entrer massivement le sodium dans le sens de son gradient ; cette entrée est à l'origine du potentiel d'action, le flux de sodium ouvre davantage de canaux Na+, facilitant ainsi le passage d'autres ions sodium.

La dépolarisation s'amplifie alors jusqu'à activer les canaux K+, sensibles à des valeurs de potentiel proches de 0 mV : le flux sortant de potassium compense le flux entrant de sodium. Le potentiel membranaire reprend sa valeur initiale. Les pompes Na-K-ATPase rétablissent les gradients initiaux au cours d'une phase dite « réfractaire », durant laquelle aucun potentiel d'action ne peut être produit.

LA PROPAGATION DE L'INFLUX NERVEUX
À partir de la trigger zone, le potentiel d'action avance vers l'extrémité de l'axone à grande vitesse. Toutefois, en raison des pertes dues aux résistances de membrane, ce potentiel doit être régénéré de façon active tout au long de son parcours. Au cours de l'évolution, deux stratégies ont été mises en place par les organismes vivants pour augmenter la vitesse de conduction de l'information le long de l'axone.
Chez certaines espèces, l'augmentation du diamètre de la fibre a été poussée à l'extrême : il atteint 1 mm chez le calmar géant, et peut être vu à l'œil nu – ce caractère évolutif, à l'origine d'un encombrement spatial important, n'est pas compatible avec le nombre de neurones observés dans le cerveau des vertébrés supérieurs.
Chez les mammifères, la vitesse de propagation de l'influx nerveux est augmentée par la présence d'une gaine de myéline autour de l'axone ; cette enveloppe protéique et lipidique, qui s'enroule sur une dizaine de couches, est synthétisée par les cellules gliales spécialisées du système nerveux central, les oligodendrocytes, et par celles du système nerveux périphérique, les cellules de Schwann. La diminution de la résistance passive de la membrane est telle que le potentiel d'action est transporté cent fois plus rapidement : il avance alors de façon saltatoire, en bondissant le long de l'axone, d'un nœud de Ranvier (zone non myélinisée à la jonction entre deux cellules myélinisantes) à l'autre.
LE TRANSFERT DE L’INFORMATION D’UNE CELLULE À L’AUTRE

Le transfert de l’influx nerveux d’un neurone à l’autre, ou, en fin de circuit, d’un neurone à une cellule effectrice (cellule musculaire par exemple), se fait au niveau d’une zone de jonction appelé synapse. Il existe deux types de synapses : les synapses chimiques et les synapses électriques. Les premières, majoritaires, font appel à des molécules messagers appelées neuromédiateurs.

→ synapse
LES CELLULES GLIALES, PARTENAIRES DU NEURONE
Les oligodendrocytes et les cellules de Schwann, nécessaires à la transmission rapide du potentiel d'action, forment une gaine isolante, la myéline ; sa destruction par la maladie (sclérose en plaques) induit une grave perturbation de l'activité neuronale, qui peut conduire à la disparition du neurone.
Les cellules de la microglie, qui assurent la défense immunitaire du système nerveux, sont des cibles privilégiées pour les virus, comme celui responsable du sida. De plus, elles ont un rôle important lors du développement embryonnaire, en éliminant les cellules et les terminaisons surnuméraires, et lors des phénomènes de sénescence.
Les cellules endothéliales, qui bordent les vaisseaux cérébraux, sont responsables de la barrière hémato-encéphalique ; celle-ci isole le système nerveux de la circulation sanguine générale, le protégeant ainsi de l'arrivée de nombreux toxiques et agents infectieux.
Les astrocytes représentent la principale population gliale, et leurs rôles apparaissent aujourd'hui multiples. Lors du développement, ils participent au guidage et au positionnement des neurones. Ils possèdent une capacité de captation rapide du potassium extracellulaire, permettant une rapide repolarisation neuronale et la régénération du potentiel d'action. Ils approvisionnent en substrats énergétiques le neurone, isolé de la circulation sanguine. De plus, ils expriment de nombreux récepteurs pour les neurotransmetteurs libérés par les neurones, les rendant ainsi aptes à prendre une place – qui reste à mieux comprendre – dans les processus de transmission de l'information au sein du système nerveux.

NEURONE ET INTELLIGENCE ARTIFICIELLE
Imiter le système nerveux au moyen d'une machine n'est pas une idée nouvelle, mais ce projet connaît aujourd'hui un fort développement grâce à l'informatique, l'ordinateur permettant de tester, de simuler les hypothèses émises par les chercheurs. Et c'est à l'échelle de la cellule nerveuse, ou neurone, que les chercheurs en neuro-mimétisme ont décidé de se placer pour réaliser la copie de la structure du système nerveux. L'ordinateur sert en particulier à faire fonctionner les modèles construits par les mathématiciens à partir des observations et des réflexions fournies par les physiologistes. Ce modèle mathématique du neurone, que l'on appelle le « neurone formel », est dupliqué pour constituer un réseau.
Pour en savoir plus, voir l'article neurone formel.

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L’essentiel sur... les maladies infectieuses

Publié le 16 janvier 2023

Ebola, Covid-19, variole du singe... les maladies infectieuses font régulièrement la une de notre actualité et impactent nos sociétés. Quelles sont les causes des maladies infectieuses ? Peut-on les anticiper et les prévenir ? Comment les guérit-on ? Explications.

QU’EST-CE QU’UNE MALADIE INFECTIEUSE ?
Les maladies infectieuses regroupent les maladies provoquées par la pénétration dans l'organisme d'un agent infectieux : bactérie, virus, parasite, prion pathogène ou champignon. Lorsqu'elles sont contagieuses, ces maladies peuvent se transmettre, directement ou indirectement d'une personne à l'autre, selon des modes de transmission variables. Certaines sont bénignes, comme le rhume ou l'angine. D'autres sont beaucoup plus graves et peuvent déclencher des catastrophes sanitaires à l'échelle planétaire, avec des épidémies ou des pandémies comme le SIDA, la tuberculose ou plus récemment la Covid-19.


BACTÉRIES, VIRUS, PARASITES, ... TOUR D’HORIZON DES PRINCIPAUX AGENTS PATHOGÈNES
*         Les bactéries
Les bactéries sont des organismes microscopiques, de quelques millièmes de millimètres (environ 50 fois plus fines qu’un cheveu), composées d’une seule cellule dépourvue de noyau. Exemples de maladies dues à des bactéries pathogènes : coqueluche, tuberculose, légionellose, salmonellose, shigellose, diphtérie, botulisme, chlamydiose, infections à staphylocoques, infections à streptocoques, peste, choléra…
*         Les virus
Les virus sont beaucoup plus petits que les bactéries. On distingue les virus à ADN ou à ARN, selon la nature de leur génome. Les virus sont spécifiques d’un hôte, c’est-à-dire qu’ils sont spécialisés dans l’infection de cellules d’une ou de quelques espèces seulement. Le franchissement de barrière d’espèce (passage de l’animal à l’humain) reste très rare.
*         Les parasites
Les parasites sont des êtres vivants (animal ou champignon) qui vivent aux dépens d’un autre être vivant pour y prélever leur nourriture. Ils peuvent être microscopiques (parasite responsable du paludisme) ou beaucoup plus grands (vers, tiques). Certains parasites vivent en harmonie avec leur hôte. D’autres peuvent provoquer des maladies : on parle alors de parasitose.
*         Les champignons responsables de maladies
Les champignons sont des micro-organismes d’origine végétale qui peuvent être à l’origine de différents types de « mycoses », en se multipliant sur la peau, les muqueuses ou les phanères (ongles, cheveux).
*         Les prions
Les prions sont en réalité des protéines naturellement présentes dans l’organisme. Leur pouvoir pathogène est lié à un changement de structure tridimensionnelle. Les prions sont responsables de maladies cérébrales dégénératives (maladie de Creutzfeldt-Jakob, maladie de la vache folle, tremblante du mouton et de la chèvre), rares et mortelles : il n’existe actuellement aucun traitement.


POURQUOI LES MALADIES APPARAISSENT OU RÉAPPARAISSENT ?
Si l'apparition ou la réapparition de maladies infectieuses a toujours existé, la perception de l’impact de ces phénomènes s'est aujourd'hui accentuée. On parle aujourd'hui de "maladies émergentes":
*         émergence vraie : maladie dont le nombre de cas augmente fortement dans un périmètre défini (population, zone géographique, périodicité) par rapport à ce qui est observé habituellement. Exemples : le SIDA, la maladie provoquée par le virus Ebola, la Covid-19…
*         réémergence : une maladie connue, considérée comme maîtrisée, revient en force (recrudescence de la tuberculose dans les pays en développement par exemple à cause d’une résistance aux antibiotiques, de la crise sanitaire qui a isolé les populations et provoqué des absences de suivi médical, des guerres ...).
*         
La globalisation des échanges et des transports de personnes et de marchandises, l’urbanisation et la modification des espaces naturels sont les premières causes des modifications locales/régionales de l’incidence et de la prévalence des maladies infectieuses. Par exemple, la transmission du virus Ebola à l’Homme provient de contacts avec des animaux contaminés et de transmission interhumaine. Des facteurs culturels et sociétaux favorisent également l’émergence d’agents pathogènes à l’origine de zoonoses, maladies transmises à l’humain par l’animal. 
Une mauvaise utilisation des antibiotiques provoque une adaptation des bactéries à ces traitements et donc des résistances aux antibiotiques, ce qui limite l’arsenal thérapeutique visant à traiter correctement des maladies pour lesquelles existaient auparavant des traitements efficaces. 

*         
Enfin, la variabilité et le changement climatiques, accentuent et accentueront le risque d’émergence / réémergence des maladies infectieuses. 
COMMENT LE RÉCHAUFFEMENT CLIMATIQUE ENTRAÎNE-T-IL UNE AUGMENTATION DES MALADIES
*         INFECTIEUSES ? 
Le réchauffement climatique ouvre la porte à la migration d’espèces animales potentiellement porteuses de maladies ou de virus initialement cantonnés dans des zones tropicales restreintes vers les plus hautes latitudes, ce qui pourrait provoquer des crises sanitaires de grande ampleur. 
Les experts du GIEC dans le volume 2 de leur 6e rapport, « Changement climatique 2022 –impacts, adaptation et vulnérabilité – résumé pour les décideurs », sorti en mars 2022, indiquent ainsi que :
« Le changement climatique et les phénomènes extrêmes qui en découlent vont entraîner une augmentation significative des problèmes de santé et des décès prématurés à court et à long terme. […] Les risques de maladies d'origine alimentaire, hydrique et vectorielle sensibles au climat devraient augmenter, quel que soit le niveau de réchauffement, sans adaptation supplémentaire (confiance élevée). En particulier, le risque de dengue augmentera avec l'allongement des saisons et l'élargissement de la répartition géographique en Asie, en Europe, en Amérique centrale et du Sud et en Afrique subsaharienne, ce qui pourrait mettre en danger des milliards de personnes supplémentaires d'ici la fin du siècle (confiance élevée). »
COMMENT PEUT-ON PRÉDIRE ET ANTICIPER LE RISQUE D’ÉMERGENCE / RÉÉMERGENCE DES MALADIES INFECTIEUSES ? 
Anticiper quels seront les prochains virus et bactéries qui vont nous impacter dans six mois ou dans 10 ans reste à ce jour ardu. Il était ainsi difficile de prévoir, avant sa survenue en juin 2022, la dissémination de la variole du singe, qui appartient à la même famille que le virus de la variole, dont la maladie a été éradiquée de la planète depuis 1981 et dont l’impact épidémique avait été jusqu’à présent limité. 
Néanmoins, il existe des leviers pour prévenir la dissémination de certaines maladies infectieuses. Notamment, en couplant différentes disciplines telles que la climatologie et l’épidémiologie par le biais de la modélisation numérique et des méthodes statistiques, pour cartographier le risque. Un exemple, le Laboratoire des Sciences du Climat et de l'Environnement (LSCE / CEA - CNRS - UVSQ) contribue au projet Epiclim qui a déjà montré une montée du risque paludique sur les plateaux de l’Afrique de l’Est et sa légère diminution sur les plaines de l’Ouest. 

 
Le projet Epiclim se base sur, d’une part, des méthodes statistiques permettant de cartographier le risque paludique en prenant en compte un ensemble de facteurs qui ne sont pas que climatiques (accès à l’eau, robustesse des systèmes de santé, etc.). Et d’autre part, sur des méthodes mécanistiques, de complexité variable, qui sont basées sur des paramètres climatiques (précipitations, température, etc.). Ces modèles peuvent aussi intégrer des données comme la vitesse de réplication du moustique, le taux d’immunité de la population ou tenir compte du cycle de vie de l’insecte (larve - état adulte – oeuf) et de ses différents états (non infecté, exposé, infectieux). Cette approche multimodèle permet ainsi d’éprouver la robustesse des résultats et de mieux quantifier les incertitudes. © Pixabay

*         
QUELS SONT LES AUTRES LEVIERS POUR PRÉVENIR CES MALADIES INFECTIEUSES MAIS AUSSI POUR MIEUX LES DÉTECTER ET LES DIAGNOSTIQUER ?
Comment les maladies infectieuses fonctionnent et se développent ? Comment le corps réagit-il en temps réel face à la maladie et après administration d’un vaccin ou d’un médicament ? Mieux comprendre les maladies infectieuses s’avère essentiel pour pouvoir ensuite mieux les prévenir, les détecter, les diagnostiquer et les traiter.
*         
C’est tout l’objet des recherches menées sur de nombreuses maladies infectieuses, parmi lesquelles certaines pourraient voir leur incidence affectée, au moins localement, par la variabilité climatique (paludisme, Chikungunya, fièvre jaune, Zika). 
Les chercheurs ont notamment développé de fortes compétences pour mettre au point de tests de détection d’agents pathogènes et diagnostiques (tests antigéniques), de réponses immunitaires (tests sérologiques) ou de leur résistance aux antibiotiques ou des méthodes ciblées par spectrométrie de masse pour leur identification et quantification. Ces méthodes s’appliquent aux virus, bactéries, champignons, toxines… Par exemple, au CEA, en pleine crise de la vache folle, le Service de Pharmacologie et Immunoanalyse (SPI, Institut Joliot du CEA) et l’unité de Dominique Dormont (actuel SEPIA, Institut Jacob du CEA) mettent au point et valident l’un des kits de détection rapide du prion les plus vendus au monde. 
COMMENT TRAITE-T-ON LES MALADIES INFECTIEUSES ? 
Grâce aux découvertes scientifiques sur les vaccins à la fin du XIXè siècle, avec des mesures prophylactiques* associées (désinfection,...), et sur les traitements antibiotiques au début du XXè siècle, de nombreuses maladies infectieuses se sont raréfiées voire ont été balayées de la surface de la terre au cours du XXè siècle. 


Vaccin contre la COVID-19 • Consultez les dernières informations sur le site du gouvernement français.

 
Certaines maladies infectieuses restent cependant à ce jour incurables et dépourvues de solutions de vaccination. Il faut de plus faire face aux pathologies émergentes ainsi qu’à l’antibiorésistance. Les chercheurs sont ainsi constamment mobilisés pour mettre au point de nouveaux vaccins et traitement innovants. Ils évaluent également les moyens de traitement de ces maladies, en s’assurant par exemple de l’efficacité d’un nouveau médicament ou vaccin, ou qu’un médicament prescrit pour une maladie puisse aussi en soigner une autre. Par exemple, le CEA a participé à des études qui ont permis de valider l’efficacité d’un vaccin vivant atténué à injection unique pour se prémunir du virus chikungunya. 
Données clés
    *         Selon l’Organisation mondiale de la santé (OMS), une nouvelle maladie infectieuse pour l'humain fait son apparition chaque année dans le monde. L'humanité subit tous les cinq ans une crise majeure due à l'émergence ou à la résurgence d'un virus.
    *         Selon l’OMS, les maladies à transmission vectorielles constituent plus de 17 % des maladies infectieuses et sont à l’origine, chaque année, de plus d’un million de décès dans le monde.
    *         D’après une étude américaine, 58% des maladies infectieuses ou allergiques qui affectent l’humanité ont été, à un moment donné, aggravés par des aléas climatiques liés à l’émission de gaz à effet de serre. Soit 218 des 375 maladies humaines connues liées à des pathogènes (Mora et al., Nature Climate Change, 2022).

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Comprendre la capacité du poisson-zèbre à reconstituer sa nageoire ouvre des pistes pour les progrès de la médecine régénérative

23 NOV 2021 | PAR INSERM (SALLE DE PRESSE) | BASES MOLÉCULAIRES ET STRUCTURALES DU VIVANT | BIOLOGIE CELLULAIRE, DÉVELOPPEMENT ET ÉVOLUTION

Le poisson-zèbre, aussi appelé Danio rerio, est une espèce tropicale couramment utilisée dans les laboratoires de recherche en tant qu’organisme modèle. © Adobe Stock


Dans le règne animal, plusieurs espèces partagent l’extraordinaire capacité de régénérer leurs membres ou leurs appendices suite à une amputation. Parmi elles, le poisson-zèbre est particulièrement étudié dans les laboratoires de recherche, en raison de sa capacité à régénérer sa nageoire caudale. Ce phénomène est rendu possible par la formation d’un blastème, une structure transitoire composée de cellules indifférenciées, qui amorce et contrôle la régénération du tissu. Mieux comprendre les cellules qui composent le blastème et décrypter leurs interactions, c’est ouvrir la voie à une meilleure compréhension des processus de régénération, avec l’ambition de développer des applications cliniques dans le domaine de la médecine régénérative. Dans une étude publiée dans Nature Communications, des scientifiques de l’Inserm et de l’Université de Montpellier ont fait un pas en avant vers cet objectif, en identifiant au sein du blastème, la population cellulaire qui orchestre le processus de régénération chez le poisson-zèbre.

Le poisson-zèbre, aussi appelé Danio rerio, est une espèce tropicale couramment utilisée dans les laboratoires de recherche en tant qu’organisme modèle, depuis la fin des années 1990. Il présente en effet de nombreux intérêts pour les scientifiques, tels que la transparence de l’embryon et son développement externe, plus facile à observer que celui des mammifères. Par ailleurs, 70% des gènes présents chez l’Homme trouvent un homologue chez le poisson-zèbre. Cette conservation génétique avec les autres vertébrés fait du Danio rerio, un modèle de choix pour décrypter plusieurs processus biologiques majeurs et leur conservation au fil de l’évolution.

De manière surprenante, le poisson-zèbre est aussi capable de régénérer sa nageoire caudale lorsque celle-ci a été amputée, grâce à la formation transitoire d’une masse de cellules appelée « blastème ».

Au stade larvaire, cette structure assure la régénération de l’appendice sectionné en seulement trois jours : de quoi susciter l’intérêt de la communauté scientifique, car la compréhension des mécanismes qui sont associés à ce processus pourrait ouvrir la voie à des applications multiples dans le domaine de la médecine régénérative.
Cependant, seules quelques cellules du blastème avaient été décrites jusqu’ici et les mécanismes biologiques sous-jacents demeuraient mal documentés. Dans leurs précédents travaux, Farida Djouad, directrice de recherche à l’Inserm, et son équipe avaient mis en évidence le rôle inédit des macrophages, cellules du système immunitaire, lors de la formation du blastème des poissons-zèbres. L’équipe avait ainsi prouvé que les macrophages orchestrent les processus inflammatoires nécessaires à la prolifération des cellules du blastème et à la régénération de la nageoire caudale.

Identifier la cellule chef d’orchestre de la régénération

Dans leur nouvelle étude, ces chercheurs ont été plus loin dans l’exploration du blastème et ont révélé l’implication majeure d’une nouvelle population cellulaire, les cellules dérivées de la crête neurale[1]. Ces cellules sont présentes chez tous les vertébrés, y compris chez l’espèce humaine, et jouent notamment un rôle clé dans le développement de l’embryon.

Les scientifiques ont déployé plusieurs approches méthodologiques pour observer et suivre le devenir des cellules du blastème. En combinant notamment l’imagerie confocale en temps réel et la technologie de séquençage de cellule unique (single cell RNA-seq)[2] sur des larves de poisson-zèbre, l’équipe de Montpellier est parvenue à démontrer que les cellules dérivées de la crête neurale orchestrent le processus de régénération de la nageoire, en dialoguant avec les macrophages et avec les autres cellules du blastème afin de contrôler et de réguler leur réponse. Ce dialogue se fait notamment via un facteur clé appelé NRG1 (Neuregulin 1).



Interactions entre les macrophages (en rouge) et les cellules de la crête neurale (en vert) au cours de la régénération de la nageoire caudale de la larve de zebrafish. © Farida Djouad

L’ensemble de ces données permet d’aller plus loin dans la compréhension des processus de régénération et de leur activation chez le poisson-zèbre. En s’appuyant sur ces résultats, l’objectif suivant sera de comprendre pourquoi les mammifères, qui pourtant possèdent aussi des macrophages et des cellules dérivées de la crête neurale, ne parviennent pas à régénérer leurs appendices comme le poisson-zèbre.

« Nous continuons ces travaux sur d’autres modèles de vertébrés, notamment la souris, afin de mieux comprendre à quel moment du développement embryonnaire les mammifères perdent cette capacité de régénération, et pour quelle raison, tout en focalisant notre intérêt sur le rôle des cellules dérivées de la crête neurale », explique Farida Djouad.

 « Les travaux menés sur plusieurs modèles animaux capables de régénération ont pour but d’identifier « LA » cellule chef d’orchestre, commune à tous les processus de régénération. Une meilleure compréhension de son rôle, et surtout des facteurs qu’elle sécrète pourrait ouvrir la voie à de nouvelles pistes pour promouvoir la régénération de certains tissus dans le traitement de maladies dégénératives comme l’arthrose par exemple ».

 

[1] La crête neurale des vertébrés est une structure embryonnaire transitoire, impliquée dans le développement, capable de produire nombre de tissus de la face et du crâne, en particulier le squelette cartilagineux et ostéo-membraneux, les méninges, les parois vasculaires du système carotidien externe et interne, le derme… Source : Académie de médecine

[2] Le séquençage de cellule unique s’appuie sur un ensemble de méthodes de biologie moléculaire pour analyser l’information génétique (ADN, ARN, épigénome…) à l’échelle d’une seule cellule.

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