Protection par hypothermie des neurones humains lésés : étude des mécanismes moléculaires

La privation d’oxygène (ou hypoxie) dans la période autour de la naissance peut causer des lésions neurologiques et entraîner une PC. De récents progrès ont conduit à une meilleure prise en charge des enfants concernés par un léger refroidissement artificiel : cette hypothermie thérapeutique améliore de manière significative les résultats cliniques, mais les mécanismes moléculaires sous-jacents sont encore peu connus.

Le but de l’étude est d’évaluer la réponse génique à l’hypoxie, in vitro, en condition de température normale ou en hypothermie. Pour cela, le travail commencera par l’établissement d’un modèle d’induction de l’hypoxie dans des neurones issus de cellules souches pluripotentes induites (iPS, voir paragraphe suivant). Un modèle de protection par faible hypothermie sera ensuite mis au point.

L’objectif secondaire est l’identification, in vivo, des paramètres neurophysiologiques d’hypoxie et d’hypothermie.

Les cellules souches pluripotentes induites humaines, appelées iPS, sont depuis leur découverte en 2007 un outil révolutionnaire pour étudier des maladies du cerveau et de la moelle épinière chez l’homme. En effet, à partir d’une biopsie de peau mise en culture, il est aujourd’hui possible de reprogrammer les fibroblastes issus de la biopsie et de générer des cellules iPS. Ces iPS étant pluripotentes, elles peuvent ensuite être différenciées en tout type de cellules de l’organisme, y compris les neurones impossibles à prélever chez l’homme.

Une fois validés, les neurones issus d’iPS seront soumis à une limitation d’oxygène, à température normale et basse. Une analyse dynamique des relations fonctionnelles des réseaux moléculaires sera réalisée ainsi que des études physiologiques pour vérifier la fonctionnalité de ces réseaux.

Des lignées iPSC humaines génétiquement stables ont été établies puis différenciées en organoïdes corticaux.
L'exposition des organoïdes à l'hypoxie à des moments du développement correspondant aux stades de mi-gestation des nouveau-nés prématurés cliniques a permis d'obtenir une signature spécifique du profil d'ARN.
Une différenciation neuronale des iPSC humaines dans des milieux de culture spécifiques plus proches de l'environnement physiologique du cerveau a produit des neurones matures avec des modèles d'activité électrophysiologique typiques.
L'édition du génome des lignées iPSC à l'aide des systèmes CRISPR/Cas a produit des lignées knock-in EGFP dans le locus AAV1 safe harbor.
La transplantation de cellules précurseurs neurales générées à partir des lignées EGFP+ dans des cerveaux de souris a permis la vascularisation des greffons, la maturation à long terme des neurones dans des environnements physiologiques et l'observation continue des greffons à travers une fenêtre cranienne.

Les résultats de ce travail devraient permettre d’enrichir les études génétiques portant sur la susceptibilité à la PC et ainsi contribuer à l’identification de patients à risque. La compréhension des mécanismes moléculaires devrait permettre d’identifier de nouvelles cibles pour le développement de médicaments et le développement de cellules souches transplantables.