DES CELLULES SOUCHES AUX CIRCUITS NEURONAUX

MÉCANISMES ET APPLICATIONS AUX MALADIES NEUROLOGIQUES.

Pierre Vanderhaeghen, Directeur de Recherches FNRS, IRIBHM, Université Libre de Bruxelles.

Voir aussi l'Institut de Neuroscience de l'ULB - UNI

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1 ETAT DE L'ART


Le cortex cérébral est l’une des structures les plus importantes de notre cerveau: c’est lui qui contrôle nos mouvements, nos perceptions, et nos fonctions cognitives supérieures. Il est aussi la cible de nombreuses maladies neurologiques (accidents vasculaires, maladies dégénératives,troubles neuropsychiatriques, épilepsies), dont les causes restent souvent mystérieuses et dont la plupart restent incurables aujourd’hui. Si la complexité du cortex lui confère sa puissance fonctionnelle, elle rend aussi son étude particulièrement difficile. Face à ce constat, notre équipe a développé des approches innovantes permettant de générer des « modèles réduits » du cerveau, s’appuyant sur les technologies émergentes des cellules souches pluripotentes (cellules ES embryonnaires et iPS induites àpartir de fibroblastes de peau). Récemment, nos travaux ont ainsi permis de montrer que les cellules ES peuvent être transformées en neurones du cortex, selon un mécanisme qui récapituleune grande partie de la complexité corticale, mais au sein de boîtes de cultures cellulaires. Ces neurones peuvent ensuite être greffés au sein de cerveaux de souris, et sont alors capables de développer des projections nerveuses spécifiques avec le cerveau hôte.


2 OBJECTIFS


La question cruciale de la fonctionnalité de ces neurones dans le cerveau après la greffe reste cependant incomplètement résolue, en particulier du fait des difficultés techniques des études fonctionnelles. Cette question est non seulement importante d'un point de vue fondamental, mais aussi dans la perspective à plus long terme de l'utilisation de telles approches dans des stratégies de réparation de lésions du cortex cérébral, en général incurables aujourd'hui. C'est ce que nous nous proposons d'étudier dans le présent projet, en utilisant une approche multidisciplinaire, combinant techniques de biologie moléculaire, neuroanatomie, neurophysiologie et imagerie fonctionnelle, disponibles au sein de notre équipe et en collaborationavec d'autres groupes d'excellence de neurosciences de l'ULB. Spécifiquement nous nous proposons d'appliquer une technique de développement très récent, l'optogénétique (jugée 'technology of the year' par la revue Science en 2010), qui permet de stimuler les neurones de façon spécifique par l'expression de protéines-canaux particulières, appelées 'channelorhodopsins' ou ChR, qui peuvent exciter les neurones après stimulation sélective par un rayon de lumière approprié. Cette technologie, qui révolutionne actuellement de nombreux autres domaines de la recherche sur le cerveau, permettra de contrôler avec une grande précision et efficacité l'activité des neurones greffés, et uniquement ces neurones, ce qui permet de réaliser des expériences fonctionnelles complexes avec une spécificité et une sensibilité inégalées.

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3 APPROCHES EXPERIMENTALES ET MISE EN OEUVRE


- Ce projet ambitieux nécessitera tout d'abord la génération de cellules souches, de souris ethumaines, exprimant la protéine ChR, par des techniques de biologie moléculaire et cellulaire maitrisées au laboratoire.

- Ces cellules seront ensuite différénciées en neurones du cortex cérébral, grâce aux technologiesspécifiques de 'corticogenèse' que notre laboratoire a inventées (Gaspard et al., Nature 2008;Nature Protocols 2009).

- La fonctionnalité de l'approche sera d'abord contrôlée, en combinant stimulation lumineuse et enregistrements électrophysiologiques in vitro, afin de vérifier la faisabilité de l'approche.

- Enfin, la stimulation optogénétique sera réalisée sur des neurones après greffe intracérébrale(chez la souris) grâce à des microfibres optiques, et le fonctionnement cérébral sera étudié par une combinaison de techniques d'enregistrements électrophysiologiques (ex vivo et in vivo), d'imageriefonctionnelle, et d'analyse comportementale.

- Ces différentes approches seront tout d'abord réalisées avec des cellules souches embryonnaires de souris. Elles seront ensuite implémentées aux cellules ES et iPS humaines.

Cette approche multidisciplinaire nécessitera de nombreuses compétences complémentaires qui nepeuvent se retrouver au sein d'un seul groupe: elle sera donc réalisée en collaboration avecd'autres équipes de Neurosciences fondamentales et cliniques de l'ULB (laboratoires de Neurophysiologie, de Cartographie Fonctionnelle du Cerveau, et de Neurologie Expérimentale). Ilbénéficiera également de nos contacts collaboratifs avec des groupes pionniers des technologiesoptogénétiques (Prs. K. Deissenroth, Stanford U., USA; A. Adamantidis, McGill U., Canada). En termes de moyens, le projet nécessitera en particulier (cf budget en annexe):

- l'acquisition d'équipements spécifiques (microfibres optiques, sources lasers)

- l'achat de matériel consommable (culture de cellules souches et chirurgie de souris)

- l'engagement de personnel hautement qualifié (chercheur postdoctoral).

Ce projet 'high risk / high gain', à la frontière des technologies des cellules souches et desneurosciences, permettra de progresser de façon importante dans notre compréhension de la fonction de neurones générés à partir de cellules souches, et d'étudier les mécanismes par lesquels ces neurones peuvent contribuer à la fonction cérébrale, et ainsi potentiellement à la réparation de lésions du cerveau.


4 BUDGET SUR BASE ANNUELLE

La durée du projet est évaluée à quatre ans.

NB: Etant donné son caractère risqué et multidisciplinaire, ce projet ne bénéficie à l'heure actuelle d'aucun financement spécifique.


EQUIPEMENT
Sources lasers et fibres optiques 15.000 €
CONSOMMABLES
Culture de cellules souches murines et humaines 15000 €
Biologie moléculaire 5.000 €
PERSONNEL
Chercheur postdoctoral (2) 80000 €


Total: 115.000 Euros/an

 

PVDH

Pierre Vanderhaeghen. Né en 1967. Docteur en médecine (ULB), Docteur en Sciences biomédicales (ULB),  Directeur de Recherches au FNRS, Co-Directeur de l’Institut de Recherche Interdisciplinaire en Biologie Humaine et Moléculaire (I.R.I.B.H.M., ULB). Membre de l’Académie Royale de Médecine de Belgique. Avec son équipe, il a découvert des mécanismes importants du développement cérébral et a développé un modèle original de développement du cortex à partir de cellules souches de souris. Il est lauréat de nombreux prix dont: le Prix Francqui (2011), Prix Roger de Spoelberch (2010), Prix Solvay (2009), Prix Clerdent (2008), Prix UCB (2006), Prix Horlait-Dapsens (1996), Prix Specia (1992), Prix Fleurice-Mercier (1987).

 

 

Voir également le projet fédérateur mené par Pierre Vanderhaeghen:

Vers un Institut Fédérateur des Neurosciences.

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