Paris, le 9 octobre 2015

La dynamique inédite du transport d’une molécule dans le noyau d’une cellule

Le mécanisme du transport d’une molécule à l’intérieur du noyau cellulaire, sanctuaire de l’information génétique, a été mis en évidence par une collaboration internationale impliquant des chercheurs de l’Institut de biologie structurale (IBS, CEA/CNRS/Université Joseph Fourier). En combinant des observations in vitro et in vivo, cette équipe a montré que les nucléoporines, protéines flexibles présentes dans les pores de l’enveloppe du noyau, constituent une barrière sélective grâce à des interactions faibles, mais très rapides et très spécifiques, avec des protéines chargées du transport de molécules. Ces résultats sont publiés dans Cell le 8 octobre 2015.
Dans une cellule, le noyau contient l’essentiel de l’ADN, support de la précieuse information génétique. À ce titre, il joue le rôle de centre de contrôle, orchestrant toutes les réactions se déroulant dans la cellule et nécessaires au bon fonctionnement d’un organisme. La double membrane qui délimite le noyau assure également un rôle protecteur de l’ADN. Pourtant, la réalisation des réactions cellulaires exige que certaines molécules puissent être échangées entre le cytoplasme et le nucléoplasme (intérieur du noyau). Ainsi, certaines d’entre elles franchissent de façon très sélective la double membrane qui constitue l’enveloppe du noyau. Elles sont pour cela acheminées par des protéines appelées ‘’transporteurs’’, qui passent par des pores formant des tunnels à travers l’enveloppe nucléaire. Ces tunnels sont tapissés de nucléoporines désordonnées, c’est-à-dire très flexibles car changeant de conformation en permanence. Ces nucléoporines constituent un filtre sélectif pour le transit de molécules grâce à leurs interactions avec les transporteurs. Le mécanisme de ces interactions, à la fois rapides (quelques millisecondes) et très spécifiques, était resté largement incompris jusqu’à présent.
Les auteurs de l’étude ont combiné différentes techniques expérimentales de visualisation (fluorescence, simulation, résonance magnétique nucléaire – RMN – à très hauts champs) pour comprendre ce mécanisme.Ils ont pu ainsi identifier et suivre une multitude
d’interactions faibles, mais très spécifiques, entre les nucléoporines et les transporteurs.
Schéma d’un pore nucléaire et du transit d’une molécule (en bleu) entre le cytoplasme et le noyau. En rouge, les transporteurs, en jaune, les nucléoporines. Ces dernières jouent un rôle de filtre dans le pore de l’enveloppe nucléaire. A droite : les expériences en RMN ont permis d’identifier les zones d’interactions entre les transporteurs et les nucléoporines. En haut, une illustration de
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l’interaction, en bas un zoom dans les spectres RMN montrant l’interaction par acide aminé de la nucléoporine. © Sigrid Milles / CEA
Une approche multi-technique pour reconstituer les mécanismes d’interaction
Les chercheurs ont utilisé la RMN afin d’identifier, à une résolution atomique, les zones et les mécanismes d’interactions des nucléoporines avec les transporteurs. Malgré la très grande flexibilité de ces protéines, ils ont constaté que des zones de quelques acides aminés seulement sont mises en jeu dans ces interactions. Ces dernières sont de très courte durée, et leur grande spécificité est directement liée à une composition en acides aminés spécifique des petites zones d’interactions. Le reste de la nucléoporine ne participe pas ou peu à l’interaction.

L’équipe a ensuite cherché à identifier, par fluorescence, les dynamiques moléculaires d’interaction (repliement, changement de configurations...) entre les nucléoporines et les transporteurs. Ils ont alors eu la surprise de constater que les interactions avaient lieu de façon très rapide, et que la configuration des protéines n’évoluait pratiquement pas à ce moment-là.
Les chercheurs ont donc pu déterminer que les transporteurs et les nucléoporines interagissent très rapidement et superficiellement en des points spécifiques, ce qui permet d’assurer un passage rapide et sélectif à travers l’enveloppe du noyau. Cette efficacité physiologique est basée sur la plasticité des nucléoporines (pouvant adopter différentes configurations) et la multiplicité de leurs sites d’interactions.
Références : "Plasticity of an ultrafast interaction between nucleoporins and nuclear transport receptors", Sigrid Milles et. al., Cell, 8 octobre 2015, http://dx.doi.org/10.1016/j.cell.2015.09.047
Contact presse
Nicolas Tilly - +33 1.64.50.17.16 / nicolas.tilly@cea.fr

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L'IMAGERIE MÉDICALE

Quelles innovations en imagerie médicale ?

L'innovation autour de l'imagerie médicale a des enjeux importants en permettant le diagnostic précoce de maladies ou la validation des effets des thérapies. Pour y arriver trois axes d'innovations existent : sur les traceurs, sur les techniques d'imagerie médicale et dans le traitement des données (Big Data).

Publié le 3 mars 2017


DU CÔTÉ DES THÉRAPIES
Nouveaux agents d’imagerie
Les agents d’imagerie jouent un rôle majeur en imagerie moléculaire (TEP et TEMP) puisque la précision du diagnostic et du suivi thérapeutique dépendent de leur choix. Tout comme pour un médicament, le développement d’un nouveau radiopharmaceutique demande plusieurs années avant sa commercialisation. Par exemple, des agents ciblant les protéines s’accumulant de manière anormale dans le cerveau de patients atteints de la maladie d’Alzheimer sont aujourd’hui en phase avancée de développement.

Des chercheurs ont également conçu des vecteurs nanométriques furtifs pour le ciblage et la délimitation visuelle de tumeurs. Les micelles sont des assemblages sphériques amphiphiles dont le cœur peut servir de réservoir pour un agent thérapeutique ou d’imagerie. Leur surface est conçue pour leurrer le système immunitaire et éviter leur destruction. Ainsi, elles peuvent s’accumuler autour de la masse tumorale via les vaisseaux poreux qui irriguent la tumeur, permettant d’en visualiser la taille et la forme. Ce résultat pourrait trouver son utilité dans la chirurgie assistée par imagerie, rendant possible l’ablation des tumeurs tout en préservant les tissus sains.

DEFINITIONS

AMPHIPHILE : solvant permettant de mélanger dans la même solution des molécules hydrophiles et des molécules hydrophobes pour les faire réagir ensemble.


STRIATUM : structure nerveuse située sous le cortex, impliquée notamment dans le contrôle des mouvements.

ANTIGÈNE : macromolécule naturelle ou synthétique qui, reconnue par des anticorps ou des cellules du système immunitaire, est capable de déclencher une réponse immunitaire.

HERCEPTINE : anticorps monoclonal.

DEFINITION
PHÉNOTYPE : ensemble des caractères observables d’un individu.

Bureaux en open-space à NeuroSpin. © A. Gonin/CEA
De nouveaux agents permettent d’envisager de traiter de manière ciblée les foyers tumoraux et de vérifier, simultanément par imagerie, qu’ils atteignent leur cible. C’est l’approche théranostique qui allie la thérapie au diagnostic. Dans ce cas, le suivi peut se faire par imagerie moléculaire grâce à l’intégration d’un élément traceur tel un isotope radioactif ou une sonde fluorescente.

Évaluation des candidats médicaments
L’utilisation de l’imagerie in vivo, très tôt dans le processus d’évaluation des candidats médicaments, accélère le développement des molécules thérapeutiques. Ces études sont menées chez le petit animal de laboratoire, le rongeur principalement. On peut ainsi vérifier que le candidat médicament atteint sa cible plus efficacement que lorsqu’on ne disposait que d’imagerie post-mortem. Dès les premières phases, la tomographie par émission de positons (TEP) permet de visualiser la distribution du médicament dans le corps entier et d’en suivre la dynamique temporelle.

Nouvelles thérapies
L’imagerie pour la validation des thérapies géniques
Les symptômes de la maladie de Parkinson sont liés à une insuffisance de dopamine (dont le précurseur est la L-Dopa). En 2014, une quinzaine de patients a participé à un essai de thérapie génique : des "gènes correcteurs", qui produisent des enzymes qui permettent la synthèse de la dopamine à partir de L-Dopa, ont été introduits dans les neurones du striatum des patients. Six mois et plus après l’intervention, la TEP a mis en évidence une reprise de la production de dopamine. Si la thérapie génique n’empêche pas la maladie de progresser, elle permet néanmoins de ralentir son évolution et d'atténuer l'incidence des effets secondaires du traitement médicamenteux.

L’immunothérapie
L’immunothérapie utilise des anticorps qui visent à empêcher la prolifération cellulaire. Comme les cellules tumorales sont peu antigéniques, l’immunothérapie des cancers n’est jamais le traitement dominant, mais peut aider à éradiquer les tumeurs. Pour les dépister, les patients passent des TEP dont le radiopharmaceutique est un analogue de l’herceptine. Puis, l’administration de cette molécule sous sa forme thérapeutique, associée à la chimiothérapie, permet une réduction plus importante de la tumeur. Ces traitements, appliqués notamment dans certains cas de cancer du sein, sont suivis par TEP, fournissant des images moléculaires de haute sensibilité et résolution.


DU CÔTÉ DES TECHNOLOGIES
Imagerie microscopique in vivo 11,7 T
Dans le cadre du projet baptisé Iseult, le centre NeuroSpin accueillera, en 2017, un aimant à 11,7 T de 132 tonnes, 5 mètres de diamètre et de long. De par sa qualité d’image unique et son champ magnétique intense, le scanner IRM basé sur cet aimant donnera aux scientifiques la possibilité de visualiser à une résolution inégalée la structure et le fonctionnement du cerveau sain ou malade chez l’Homme et de dévoiler l’organisation du code neural, une première mondiale !


Multimodalité d’imageries
Les techniques d’imagerie réalisées in vivo donnent accès à des informations différentes. Les combiner offre un aperçu plus détaillé et plus précis de l’organe et de son fonctionnement. C’est la stratégie adoptée par les systèmes couplant TEP et imagerie par rayons X. Puisqu’il n’y a qu’un seul lit d’examen, ils permettent facilement la mise en correspondance des différentes images. Dans certains cas, il est même possible d’acquérir les images simultanément ; non seulement la mise en correspondance spatiale est simplifiée mais les phénomènes physio-pathologiques sont explorés en même temps.

Depuis peu, des systèmes multimodaux couplant TEP et IRM ont vu le jour. Le SHFJ est équipé d’un tel système depuis mi-2015, c’est le troisième en France.


Imagerie moléculaire
L'imagerie moléculaire s’appuie sur l’association de différentes techniques ; elle permet de visualiser in vivo le fonctionnement cellulaire et les processus moléculaires (vitaux ou non, intra ou intercellulaires…).

De nouveaux tomographes optiques permettront de suivre en temps réel la distribution de médicaments marqués par fluorescence et guidés par des nanoparticules vers l’organe ciblé. Ils permettront aussi la détection précoce, et de plus en plus précise, de tumeurs cancéreuses, à un stade indécelable via les méthodes classiques, ainsi que le guidage des biopsies et de certains gestes chirurgicaux.

UN RÉSEAU D’IMAGERIE EN NEUROSCIENCES  
Le centre d’acquisition et de traitement d’images pour la maladie d’Alzheimer (CATI) a été créé par les chercheurs de NeuroSpin et plusieurs équipes de l’hôpital de la Pitié-Salpêtrière à Paris. Une cinquantaine d’imageurs IRM et TEP, installée sur le territoire, alimente cette plateforme consacrée aux études de neuro-imagerie. L’objectif est de faire émerger des biomarqueurs spécifiques de démences et de toutes maladies cérébrales. Une quinzaine d’études françaises sont en cours, dont le suivi d’une cohorte de 2 300 patients, ainsi qu’un essai thérapeutique international.

TRAITEMENT DES DONNÉES ET ANALYSE DES IMAGES - BIG DATA
Le monde est entré dans l’ère des big data et la recherche aussi bien que la prise en charge des patients n’échappent pas à l’explosion du volume des données, de leur multiplicité et leur complexité. En imagerie médicale, elles sont souvent multimodales. Par ailleurs, pour mieux expliciter le lien entre profil génétique et phénotype, la recherche recourt désormais à de grandes cohortes.

Ces données d'imagerie, complémentaires de la génétique, comprennent des phénotypes riches issus de l'imagerie IRM (structurale, fonctionnelle ou de diffusion) et des mesures moléculaires à haut débit (génotypage, expression des gènes). L'objectif est d'étudier le rôle de la génétique et celui des perturbations environnementales dans la variabilité des phénotypes, les effets comportementaux ou médicaux. Avec, à plus long terme, la production de biomarqueurs originaux, la proposition et l'étude de nouvelles thérapies. Les méthodes d'intégration de données d'imagerie génétique trouvent des applications en neurosciences, psychiatrie, pour l'étude des maladies neurodégénératives ou encore l’oncologie.

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Un grand pas en avant dans le traitement de la narcolepsie

28 AOÛT 2023 | PAR INSERM (SALLE DE PRESSE) | NON CLASSIFIÉ(E)

Si la difficulté à rester éveillé peut sembler banale, elle est pourtant le principal symptôme d’un des troubles du sommeil les plus sévères : la narcolepsie. © Photo by Cris Saur on Unsplash

Si la difficulté à rester éveillé peut sembler banale, elle est pourtant le principal symptôme d’un des troubles du sommeil les plus sévères : la narcolepsie. A Montpellier, le Centre de référence des narcolepsies et hypersomnies rares (Inserm/Université/CHU de Montpellier) dirigé par Yves Dauvilliers mène une recherche de pointe sur cette maladie. Le neurologue et ses collaborateurs en partenariat avec le laboratoire Takeda viennent de mener une étude révolutionnaire sur un traitement prometteur. Des travaux publiés dans le New England Journal of Medicine le 27 juillet 2023.

Près de 20 000 personnes en France sont atteintes de narcolepsie, une maladie qui se déclare généralement entre 15 et 20 ans. Si la difficulté à rester éveillé est le principal symptôme de cette affection neurologique, il n’est pas le seul. La somnolence peut parfois être accompagnée d’une prise de poids, d’hallucinations, de paralysie du sommeil et fréquemment de cataplexies, autrement dit d’une « perte de la force musculaire liée à des émotions favorables telles que le rire », explique Yves Dauvilliers du CHU de Montpellier, et chef d’équipe de l’Institut des Neurosciences de Montpellier, Inserm, Université de Montpellier.

La narcolepsie est une maladie auto-immune d’origine génétique et environnementale dont les symptômes sont provoqués par le destruction d’une catégorie particulière de neurones, ceux qui synthétisent de l’orexine autrement appelé hypocrétine, un neurotransmetteur dont le rôle principal est de stimuler l’état de veille.
80 000 neurones sont ainsi détruits chez les patients narcoleptiques qui manquent donc d’orexine. Conséquence : impossible pour eux de maintenir longtemps cet état de veille.

 

Des patients qui se déclarent guéris

Yves Dauvilliers et ses collègues ont testé un nouveau traitement développé par le laboratoire Takeda, un agoniste des récepteurs 2 de l’orexine , « une molécule qui agit comme une clé similaire à l’orexine et entraîne donc les mêmes effets sur l’organisme ». Si un traitement équivalent avait déjà été testé par en injection intraveineuse, il a été pour la première fois donné aux patients sous forme orale. « Ils ont été divisés en trois groupes qui ont reçus des doses de 30 mg, 90 mg ou 120 mg de cette molécule appelée TAK-994 et un groupe avec un placebo », précise Yves Dauvilliers.
Et en termes d’amélioration, les résultats ont été spectaculaires : « nous n’avons pas eu une simple amélioration des symptômes, pour la première fois, les patients se sont tout simplement sentis guéris ».

Si l’essai clinique a dû être arrêté prématurément en raison d’effets secondaires hépatiques chez certains patients, il ouvre néanmoins la porte à un véritable espoir de guérison pour tous les narcoleptiques qui peinent à rester éveillés.

« Nous travaillons déjà sur un nouvel agoniste doté d’une plus grande affinité pour le récepteur 2 de l’orexine, et qui aurait donc moins d’effets secondaires », explique Yves Dauvilliers.

En attendant l’arrivée de ce futur traitement, le neurologue insiste sur l’importance d’un diagnostic précoce de la maladie.

« Il faut bien comprendre que dormir en classe quand on est jeune peut révéler une maladie sous–jacente », insiste Yves Dauvilliers. Aujourd’hui en moyenne on met 8 ans à diagnostiquer la narcolepsie, et seuls 1/3 des patients ont un diagnostic, c’est vraiment trop peu ».

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Phagothérapie : un modèle pour prédire son efficacité face aux bactéries pathogènes

17 MAI 2022 | PAR INSERM (SALLE DE PRESSE) | IMMUNOLOGIE, INFLAMMATION, INFECTIOLOGIE ET MICROBIOLOGIE | SANTÉ PUBLIQUE

Photo (colorisée) de microscopie électronique à balayage d’une bactérie lysée par les phages (©L. Debarbieux, Institut Pasteur ; M. and C. Rohde, Helmholtz Centre for Infection Research).

L’antibiorésistance constitue aujourd’hui un défi majeur de santé publique, associé à une mortalité importante. Les bactériophages, ces virus « tueurs » de bactéries, pourraient constituer une solution afin de lutter contre les pathogènes résistants aux antibiotiques, mais leur développement clinique se heurte à plusieurs obstacles. Pour lever les freins, des chercheurs et chercheuses de l’Inserm, Université Sorbonne Paris Nord et Université Paris-Cité au sein du laboratoire IAME, en étroite collaboration avec des scientifiques de l’Institut Pasteur et de l’AP-HP, ont développé un modèle qui permet de mieux prédire l’efficacité de la phagothérapie. Il pourrait être utilisé pour mettre au point des essais cliniques plus robustes. Les résultats sont publiés dans la revue Cell Reports.

La découverte des antibiotiques a révolutionné l’histoire de la médecine au 20e siècle, permettant de lutter efficacement contre des bactéries pour lesquelles il n’y avait jusqu’alors pas de traitement. Cependant, l’antibiorésistance – phénomène durant lequel les bactéries deviennent résistantes aux antibiotiques suite à une utilisation massive et répétée de ces médicaments – est devenue un problème de santé publique majeur au cours des dernières décennies. On estime que ces bactéries résistantes sont responsables chaque année de 700 000 décès à travers le monde. Or, la découverte de nouveaux agents antibactériens stagne depuis plusieurs années.

Dans ce contexte, la phagothérapie a récemment suscité un regain d’intérêt. Cette approche thérapeutique se fonde sur l’utilisation de bactériophages qui ciblent et détruisent les bactéries pathogènes, mais sont incapables d’infecter l’être humain. Si le concept existe depuis longtemps, son développement clinique a été entravé par plusieurs limites.

Contrairement aux médicaments « classiques », les bactériophages sont des produits biologiques complexes, dont l’action dans l’organisme, la dose optimale ou la voie d’administration la plus efficace sont difficiles à étudier et à anticiper.

Afin de lever certains de ces obstacles, l’équipe de recherche menée par le chercheur Inserm Jérémie Guedj, en collaboration avec l’équipe de chercheurs de l’Institut Pasteur, dirigée par Laurent Debarbieux, a développé un nouveau modèle mathématique qui permet de mieux définir les interactions entre les bactériophages et la bactérie pathogène Escherichia coli chez l’animal et d’identifier les paramètres clés qui conditionnent l’efficacité de la phagothérapie.

Accompagner le développement clinique

Plusieurs données issues d’expériences in vitro et in vivo ont été utilisées pour construire ce modèle. Les chercheurs et chercheuses se sont notamment appuyés sur les paramètres d’infection des bactériophages déterminés au laboratoire (par exemple la durée du cycle infectieux des bactéries, le nombre de virus libérés quand une bactérie est détruite…) et sur des informations collectées lors d’expériences réalisées à l’aide d’un modèle d’infection pulmonaire chez la souris.

Une partie des animaux avait été infectée par une souche d’E. Coli bioluminescente (pour mieux la suivre dans l’organisme). Parmi eux, certains avaient été traités avec des bactériophages, selon différentes doses et voies d’administration. Les quantités de bactéries et de bactériophages ainsi mesurées au cours du temps ont permis d’alimenter le modèle mathématique et de tester quels étaient les paramètres les plus importants pour obtenir une phagothérapie efficace.

En utilisant leur modèle, les scientifiques montrent que la voie d’administration est un paramètre important à prendre en compte pour améliorer la survie des animaux : plus celle-ci permet une arrivée rapide des bactériophages au contact des bactéries, plus elle est efficace. Dans le modèle animal, la phagothérapie par voie intraveineuse était ainsi moins performante que la voie intra-trachéale car le nombre de bactériophages atteignant les poumons était plus faible. Par contre, par voie intra-trachéale, le modèle suggère que la dose de médicament donnée conditionne peu l’efficacité de cette thérapie.

Autre point important : cette modélisation intègre des données portant sur la réponse immunitaire des animaux, dans le contexte de la phagothérapie. Le modèle confirme et étend le principe que les bactériophages agissent en synergie avec le système immunitaire des animaux infectés, permettant une élimination plus efficace des bactéries pathogènes.

« Dans cette étude, nous proposons une nouvelle approche pour rationaliser le développement clinique de la phagothérapie, qui connait encore à l’heure actuelle des limites. Notre modèle pourrait être réutilisé pour prédire l’efficacité de n’importe quel bactériophage contre la bactérie qu’il cible, dès lors qu’un nombre limité de données in vitro et in vivo sont disponibles sur son action. Au-delà de la phagothérapie, le modèle pourrait aussi être utilisé pour tester des thérapies anti-infectieuses fondées sur l’association entre bactériophages et antibiotiques », conclut Jérémie Guedj.

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