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Equipe Frédéric Bouillaud & Anne Lombès

L’article publié dans Cell Stem Cell décrit l’utilisation de précurseurs neuronaux pour l’analyse des mécanismes physiopathologiques et la recherche non biaisée de traitement pour les maladies dues à des mutations de l’ADN mitochondrial. Ce travail a été permis par la collaboration entre l’équipe d’Alessandro Prigione (Max Delbrück Center for Molecular Medicine, Berlin) et celle d’Anne Lombès/Frédéric Bouillaud (Inserm U1016, Institut Cochin, Paris). Alessandro Prigione apportait son expertise dans l’obtention de cellules iPSC (induced Pluripotent Stem Cells), leur dérivation vers les précurseurs neuronaux et le remodelage, notamment métabolique, qui accompagne ces dérivations cellulaires. Anne Lombès est spécialiste de la physiopathologie des maladies mitochondriales qu’elle étudie en parallèle chez les patients et dans les modèles cellulaires qu’elle a développés.

 Les maladies mitochondriales, dues à des dysfonctions de la chaîne des oxydations phosphorylantes, touchent un individu sur 6000 environ ce qui fait d’elles les plus fréquentes des maladies héréditaires du métabolisme. Leur cause, essentiellement génétique, est très variable mais les mutations de l’ADN mitochondrial en représentent un groupe très important, notamment chez les patients adultes où elles constituent pratiquement 1/3 des causes.

Aucun traitement médicamenteux n’a actuellement été démontré comme efficace dans ces maladies. Une des raisons de cette absence de traitement est que la physiopathologie de ces maladies reste très mal connue. Notamment, la prédominance des atteintes neuronales et la variabilité du tableau clinique induit par une même mutation de l’ADN mitochondrial sont des questions essentiellement non résolues.

Une grande difficulté de l’analyse des mécanismes induits par les mutations de l’ADN mitochondrial réside dans l’impossibilité pratique de sa manipulation. Des souris porteuses de délétion de l’ADN mitochondrial ont été obtenues par fusion cytoplasmique entre un ovule et des cytoplastes provenant de cellules avec délétion. L’expression chez les mères d’une ADN polymérase γ mutante, déficitaire dans sa fonction exonucléase, induit la naissance de souris porteuses de multiples mutations de l’ADN mitochondrial. Ces modèles murins ne correspondent pas réellement à la situation humaine et sont de plus instables ce qui les rend inappropriés pour des études physiopathologiques. L’essentiel des données physiopathologiques ont donc été obtenues dans des modèles cellulaires provenant de patients : soit fibroblastes primaires, soit cellules dites cybrides, obtenues par fusion entre des lignées dépourvues d’ADN mitochondrial (cellules rho0) et des cytoplastes provenant des cellules de patients. Ces modèles cellulaires ont permis de démontrer le caractère délétère des mutations. Leur pertinence physiopathologique est cependant très discutable parce que ces cellules dépendent essentiellement de la glycolyse pour leur production énergétique et qu’elles sont essentiellement indifférenciées.

L’article démontre que les précurseurs neuronaux, dérivés de cellules iPSC, acquièrent un métabolisme énergétique oxydatif mitochondrial proche des neurones tout en continuant à garder leur capacité de prolifération. Trois lignées différentes ont été obtenues de trois patients porteurs d’une mutation délétère du gène MT-ATP6 de l’ADN mitochondrial. Ces trois lignées ont gardé leur mutation initiale, sans en acquérir d’autres. Bien que présentant le même déficit bioénergétique que les fibroblastes primaires ou les cybrides porteurs de la même mutation, ces cellules présentaient aussi un profil spécifique d’altérations qui peut sous-tendre l’atteinte neuronale spécifique observée chez les patients. Parmi ces altérations, elles maintiennent mal leur potentiel mitochondrial de base et ont des réponses calciques anormales.

Un ensemble de 130 drogues approuvées par la FDA a été testé sur le potentiel de membrane mitochondrial de base permettant d’identifier l’avanafil qui a ensuite montré son efficacité sur les mouvements calciques démontrant le lien fonctionnel entre les deux altérations. Bien qu’il reste évidemment beaucoup de travail avant d’élucider les mécanismes physiopathologiques ciblés par l’avanafil et leur pertinence pathologique, ce travail démontre que les précurseurs neuronaux obtenus à partir d’iPSC dérivées de patients sont des modèles utiles pour la recherche de traitement dans les maladies mitochondriales dues à une mutation de l’ADN mitochondrial.

Contact : Anne Lombès ()