Le cerveau multidimensionnel

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Signal Transduction & Developmental Neuropharmacology

Group leader Martial Ruat

Characterization of signal transduction mechanisms involved in neurotransmission.

L’équipe se consacre à la caractérisation des mécanismes de transduction du signal impliqués dans la neurotransmission, tout particulièrement ceux mettant en jeux des récepteurs membranaires couplés aux protéines G et des transporteurs.
Nous étudions notamment le rôle fonctionnel des récepteurs aux ions calcium extracellulaires ainsi que les fonctions associées à la voie de signalisation des morphogènes Hedgehog dont nous avons démontré l’existence dans le système nerveux central.
Nous nous intéressons ainsi à des maladies génétiques liées à des mutations de gènes appartenant à ces voies et à des modifications de ces voies de signalisation responsables de tumeurs cérébrales.
Nos travaux se situent dans le champ de la pharmacologie appliquée aux processus développementaux. Le traitement pharmacologique de ces perturbations est envisagé à l’aide de molécules de synthèse que nous identifions et caractérisons en collaboration avec des chimistes organiciens.
Ces travaux sont abordés en utilisant des techniques de biologie moléculaire, de pharmacologie et d’analyse de signaux intracellulaires, mais aussi de génétique, de biochimie et d’immunohistochimie. Des expériences de gain et de perte de fonctions sont menées en utilisant des techniques de transfert de gène par des adénovirus, des molécules agonistes et antagonistes, des souris transgéniques et KO.

Research projects

Notre équipe a mis très tôt en évidence (1998) que la voie de signalisation Sonic Hedgehog (Shh) persiste chez l’adulte. Nous avons démontré dans le cerveau l’existence de formes solubles de la protéine Hedgehog interacting protéine (Hip), un nouveau partenaire de la voie et suggérons une régulation entre la voie de l’oxide nitrique et la voie Shh dans le striatum. Par ailleurs, Shh modifie l’activité électrique des neurones du noyau du tractus solitaire suggérant que le morphogène intervient comme neuromodulateur chez l’adulte. L’injection de Shh dans le ventricule latéral de souris induit la prolifération de cellules NG2 + considérées comme des précurseurs oligodendrocytaires, et son expression prolongée obtenue à l’aide d’un adénovirus recombinant conduit à l’augmentation du nombre de cellules exprimant le marqueur oligodendrocytaire DM20 ce qui pourrait être mis à profit dans des pathologies démyélinisantes. Par ailleurs, l’ablation des précurseurs oligodendrocytaires après la naissance conduit à une diminution de la protéine Shh dans le cervelet et affecte le développement de ce dernier. Nous avons identifié la distribution de la protéine Smoothened (Smo), un récepteur à 7 domaines transmembranaires impliqué dans la transduction du signal Shh, au niveau des fibres moussues de l’hippocampe.

 

Sa visualisation par microscopie électronique révèle des signaux intenses associés aux vésicules synaptiques. Par ailleurs, le couplage de Smo à la sous-unité G15 dans des cellules HEK a conduit à la caractérisation pharmacologique de molécules agonistes et antagonistes de ce récepteur. Ces molécules ont été utilisées pour montrer que des microvésicules libérées par des membranes de cellules T apoptotiques de patients sains ou diabétiques contiennent des protéines Hedgehog et qu’elles représentent des facteurs de dissémination de l’information Hedgehog dans l’organisme (collaboration avec C. Martinez, Angers). Enfin, nous avons étudié les propriétés biochimiques et fonctionnelles de mutations de Shh associées à l’holoprosencéphalie, une maladie du développement, et à des tumeurs de la peau.

 

En activant ou en bloquant les signaux transmis par la protéine Shh dans la paroi des ventricules, il est possible de moduler dans des directions opposées le nombre de cellules qui quittent la niche et le nombre de cellules qui atteignent le bulbe olfactif. Ces expériences révèlent que la protéine Shh présente dans la paroi des ventricules a la capacité de retenir les neuroblastes nouvellement générés à l’intérieur de la niche restreignant ainsi leur migration en direction du bulbe olfactif. Il s’agit de la première mise en évidence d’un rôle de Shh dans la migration des neuroblastes du cerveau adulte. La modulation de cette activité de la protéine Shh par des molécules chimiques pourrait être d’un intérêt potentiel dans le traitement de pathologies où le nombre et la capacité migratoire des neuroblastes sont réduits comme dans le cas de la maladie de Parkinson.

Cette découverte permettra peut-être aussi de mieux comprendre les mécanismes qui aboutissent à la migration inappropriée des cellules cancéreuses à l’origine des métastases survenant dans les tumeurs cérébrales associées à une dérégulation de la signalisation Shh (médulloblastomes et glioblastomes). Dans leur ensemble, ces travaux permettent de mieux comprendre les rôles physiologiques de la voie Shh dans le système nerveux au cours du développement et chez l’adulte, notamment le rôle de cette voie vis-à-vis des précurseurs neuraux et des cellules souches chez l’adulte. La compréhension des mécanismes d’action de molécules actives sur cette voie pourrait conduire à des applications thérapeutiques dans le domaine des cancers associés à une dérégulation de cette voie ou dans celui des maladies neurodégénératives.

 

Par ailleurs, nous avons identifié de nouvelles familles de calcimimétiques (Calindol) et calcilytiques (Calhex), de puissants modulateurs allostériques du récepteur aux ions Ca2+ extracellulaires (CaR), un membre de la famille 3 des RCPG. Nous avons localisé leurs sites de liaison au niveau du domaine heptahélice, utilisé ces molécules afin d’identifier les réponses de senseurs calciques sur les cellules endothéliales, modélisé et démontré l’existence d’un site de liaison du Ca2+ dans le domaine extracellulaire du CaR. Nous utilisons ces molécules afin de caractériser les rôles des ions Ca2+, des CaR et des récepteurs apparentés dans les tissus au cours du développement et chez l’adulte. Nous étudions notamment leurs implications potentielles dans la neurotransmission ainsi que leurs applications thérapeutiques. Nous caractérisons de nouvelles mutations du CaR responsables de maladies génétiques liées à l’homéostasis calcique.


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