- Les preuves suggèrent que la microglie – les cellules immunitaires primaires du cerveau – peut directement contribuer au développement de maladies neurodégénératives telles que la maladie d’Alzheimer (MA).
- En raison de défis techniques, les scientifiques n’ont pas été en mesure de déchiffrer les mécanismes moléculaires sous-jacents à l’activité ou à la fonction de la microglie dans les cerveaux sains et malades.
- Les scientifiques ont maintenant développé une nouvelle méthode basée sur l’outil d’édition de gènes CRISPR pour identifier les gènes qui modulent la fonction de la microglie.
- En identifiant les gènes impliqués dans les états pathogènes de l’activité microglialeles scientifiques ont pu activer et désactiver les gènesouvrant la voie au développement de nouvelles thérapies pour la MA.
Dans une étude récente publiée dans
La caractérisation des gènes régulateurs qui font passer la microglie d’un état sain à un état malade, comme dans le cerveau des personnes atteintes de MA et d’autres maladies neurodégénératives, pourrait aider à développer des thérapies qui ciblent ces gènes ou les protéines codées par ces gènes.
« Étant donné que la microglie est la gardienne de l’homéostasie du cerveau, il est important d’identifier les moteurs spécifiques qui conduisent à la toxicité neuronale pour une intervention thérapeutique. Notre nouvelle plateforme de criblage CRISPR […] nous permet d’identifier ces moteurs de manière rapide et évolutive. Nous avons déjà découvert des cibles médicamenteuses qui contrôlent les états de la microglie, et les prochaines étapes seraient de les tester dans des modèles précliniques pertinents.
— Dr Li Ganco-auteur de l’étude et neuroscientifique au Weill Cornell Medical College, s’adressant à Nouvelles médicales aujourd’hui
La MA est la forme la plus courante de démence, représentant 60-80% de tous les cas de démence. Malgré les avancées dans la compréhension de la MA, il existe un manque de traitements efficaces pour cette maladie neurodégénérative.
L’accumulation des mal pliés
Cependant, les traitements ciblant les voies impliquées dans le traitement de la bêta-amyloïde n’ont pas été couronnés de succès.
De plus, les chercheurs ont constaté que les personnes atteintes de la maladie d’Alzheimer
Cela peut être dû au dysfonctionnement de la microglie, qui sont les principales cellules immunitaires du cerveau. L’une des fonctions de la microglie comprend phagocytose– un processus impliquant l’ingestion de cellules mortes, d’agents pathogènes et de protéines mal repliées pour faciliter leur élimination.
Il y a de plus en plus de preuves que le
En plus de la MA, il existe des preuves suggérant que la microglie peut également
Cependant, les mécanismes moléculaires qui sous-tendent le large éventail de fonctions exécutées par la microglie dans des conditions normales et des maladies telles que la MA ne sont pas bien compris.
Le criblage génétique fonctionnel est un outil utilisé pour identifier les gènes impliqués dans une fonction cellulaire spécifique. De tels cribles impliquent l’inhibition ou l’activation d’un gène spécifique dans une cellule pour évaluer si le changement des niveaux d’expression de ce gène a un impact sur une certaine fonction d’intérêt, telle que la prolifération cellulaire.
Ces dernières années, les chercheurs ont adapté l’outil d’édition de gènes connu sous le nom de CRISPR-Cas9 identifier les gènes impliqués dans diverses maladies, dont le cancer. Les avantages de la plateforme de criblage CRISPR comprennent sa plus grande sensibilité et sa plus grande reproductibilité que les méthodes de criblage précédemment utilisées.
CRISPR-Cas9 se compose d’un petit morceau d’ARN appelé séquence guide et de l’enzyme Cas9. L’ARN guide se lie à la région d’intérêt de l’ADN, permettant à Cas9 de se lier et de cliver l’ADN au site ciblé.
Dans la présente étude, les chercheurs ont utilisé un système CRISPR-Cas9 modifié impliquant une enzyme Cas9 (dCas9) désactivée qui ne clive pas l’ADN. Outre l’enzyme Cas9 désactivée, la plateforme CRISPR-dCas9 modifiée se compose également de protéines qui peuvent réguler à la hausse ou à la baisse le gène d’intérêt, ou en d’autres termes, les activer et les désactiver.
De tels écrans CRISPR impliquent la livraison de l’ARN guide à la cellule à l’aide d’un virus génétiquement modifié – un
Pour contourner ces difficultés, les chercheurs ont utilisé
Semblables aux cellules souches de l’embryon, ces CSPi peuvent mûrir pour former n’importe quel type de cellule souhaité, y compris les neurones ou la microglie. L’avantage d’utiliser des cellules dérivées d’iPSC est qu’elles ressemblent davantage à des cellules humaines qu’à des lignées cellulaires conventionnelles.
De plus, les microglies des souris et des humains diffèrent par les molécules libérées lors d’une réponse immunitaire. Ainsi, la microglie dérivée des CSPi humaines représente un meilleur modèle pour comprendre comment les gènes régulent les fonctions microgliales.
Dans la présente étude, les chercheurs ont utilisé des lignées de cellules souches pluripotentes induites, qui ont été modifiées pour exprimer des gènes codant pour la machinerie CRISPR-dCas9. La machinerie CRISPR dans les CSPi était cependant inactive et ne pouvait être activée qu’en présence de l’antibiotique triméthoprime.
Les chercheurs ont ensuite utilisé des vecteurs viraux pour délivrer des ARN guides aux iPSC. Les iPSC utilisés par les chercheurs ont été génétiquement modifiés pour se différencier ou mûrir rapidement en cellules de type microglie lors d’une exposition à un milieu de culture spécialisé.
Lors de la différenciation des iPSC en cellules microgliales, les chercheurs ont activé la machinerie CRISPR en ajoutant du triméthoprime au milieu de culture cellulaire. Cela signifie que, bien que les scientifiques aient introduit les ARN guides dans les iPSC, les gènes ciblés par les ARN guides n’ont été activés ou inhibés qu’après la différenciation des iPSC en cellules de type microglie.
Si l’expression de ces gènes ciblés est perturbée, cela pourrait avoir un impact négatif sur le développement de la microglie. Cela pourrait rendre difficile de distinguer si le changement d’expression des gènes ciblés a eu un impact sur le développement de la microglie ou sur la fonction de la microglie adulte.
Cette nouvelle plateforme CRISPR permet ainsi aux scientifiques d’évaluer la fonction des gènes dans la microglie adulte.
Après avoir validé les écrans CRISPR modifiés, les chercheurs ont pu identifier des gènes dans la microglie impliqués dans des processus cellulaires tels que la prolifération, la survie, l’activation d’une réponse immunitaire et la phagocytose.
Par exemple, ils ont identifié des gènes qui modulent phagocytose—le processus cellulaire d’élimination des particules potentiellement toxiques telles que PFN1 et INPP5Dqui ont été impliqués dans des troubles neurodégénératifs.
La microglie réagit de manière adaptative à son environnement local et existe dans un large éventail d’états spécifiques au contexte. Chaque état microglial, tel qu’un état pathologique, un état sain ou l’état produisant une réponse immunitaire, est caractérisé par un profil d’expression génique spécifique.
Remettre les cellules sur la bonne voie
Les chercheurs ont utilisé le séquençage de l’ARN au niveau de la cellule unique pour caractériser différents états microgliaux.
Sur la base des différences dans les profils d’expression génique, les chercheurs ont pu caractériser neuf états microgliaux distincts.
Par exemple, l’un des états fonctionnels était caractérisé par l’expression accrue de la SPP1 gène qui est régulé positivement dans la microglie dans la MA et d’autres conditions neurodégénératives.
De plus, en inhibant l’expression de gènes grâce à la plateforme CRISPR, les chercheurs ont pu identifier des gènes régulant l’adoption de ces états fonctionnels.
Par exemple, les chercheurs ont découvert que la régulation négative du récepteur du facteur 1 stimulant les colonies (CSF1R) utilisant la plateforme CRISPR a réduit le nombre de cellules exprimant des niveaux élevés du SPP1 gène.
Les scientifiques ont observé une réduction similaire du nombre de microglies dans l’état pathologique SPP1 lors de l’utilisation d’un médicament qui inhibe la protéine CSF1R. Ainsi, en ciblant les gènes – ou les protéines codées par ces gènes – qui régulent l’état pathologique, les scientifiques pourraient ramener la microglie à un état sain.
Ces découvertes montrent que cette plateforme basée sur CRISPR pourrait être utilisée pour identifier les gènes qui régulent les états microgliaux associés aux conditions neurodégénératives. Cela pourrait ensuite aider les scientifiques à développer des traitements ciblant ces gènes ou les produits géniques.
« Les écrans CRISPR dans la microglie humaine ont le potentiel de découvrir des cibles thérapeutiques qui peuvent » reprogrammer « la microglie pour améliorer leurs fonctions bénéfiques et bloquer leur toxicité dans la maladie », a expliqué l’auteur principal de l’étude, Dr Martin Kampmann, professeur à l’Université de Californie, SF.
