Informations

Comment les prions traversent-ils la barrière hémato-encéphalique ?

Comment les prions traversent-ils la barrière hémato-encéphalique ?


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Comment la protéine PrP de la tremblante maintient-elle sa confirmation lors de son passage dans le tractus gastro-intestinal ? Comment la protéine PrP de la tremblante traverse-t-elle la barrière hémato-encéphalique ?

Le système immunitaire de l'hôte ne reconnaîtrait-il pas le prion comme « pas lui-même » et ne l'attaquerait-il pas ?


Je ne sais pas si une réponse parfaite est possible en raison du fait que les maladies à prions sont encore incomplètement comprises et font l'objet de recherches actives. Lors d'une recherche préliminaire, j'ai trouvé quelques articles qui traitent de la question (cités à la fin).

  • Puisque $PrP^C$ se trouve normalement dans le corps, son rôle et son transport sont également pertinents pour le problème. Il semble subir un transport bidirectionnel à travers la BHE en utilisant un mécanisme saturable, principalement un transporteur spécifique (1). Il est absorbé de manière périphérique et par plusieurs régions du cerveau avec la possibilité qu'il soit impliqué dans diverses fonctions cérébrales, y compris la modulation de la BHE elle-même. La bêta-protéine amyloïde, avec plusieurs similitudes cinétiques et dynamiques avec $PrP^C$, a des effets altérant la BBB. (2) Dans quelle mesure les prions pathologiques suivent-ils cela est apparemment inconnu.
  • Les nerfs autonomes semblent jouer un rôle dans leur transport.(3) Lorsqu'elle est confrontée à des prions, la sympathectomie retarde voire prévient la maladie, tandis que l'hyperinnervation sympathique accélère la pathogenèse des prions. Il y a eu des études pour élucider le transport via les nerfs, comme (4) et (5).

Il existe plusieurs autres études sur cette question, et suivre les références citées pourrait vous aider à les trouver.

Le numéro de référence 3 contient également des informations sur le réponse immunologique aux prions.

Les références:

  1. Banks WA, Robinson SM, Diaz-Espinoza R, Urayama A, Soto C. Transport de la protéine prion à travers la barrière hémato-encéphalique. Neurologie expérimentale. 31 juillet 2009;218(1):162-7.
  2. Giri R, Shen Y, Stins M, Du Yan S, Schmidt AM, Stern D, Kim KS, Zlokovic B, Kalra VK : Am J Physiol Cell Physiol. 2000 déc ; 279(6):C1772-81.
  3. Aguzzi A, Zhu C. Cinq questions sur les maladies à prions. Pathog PLoS. 3 mai 2012 ; 8 (5) : e1002651.
  4. McBride PA, Schulz-Schaeffer WJ, Donaldson M, Bruce M, Diringer H, Kretzschmar HA, Beekes M. La propagation précoce de la tremblante du tractus gastro-intestinal au système nerveux central implique des fibres autonomes des nerfs splanchnique et vague. Revue de virologie. 1er octobre 2001;75(19):9320-7.
  5. Glatzel M, Heppner FL, Albers KM, Aguzzi A. L'innervation sympathique des organes lymphoréticulaires est limitante pour la neuroinvasion à prions. Neurone. 19 juillet 2001;31(1):25-34.

Protéines mortelles : les prions

Depuis l'épidémie de « maladie de la vache folle » dans les années 1980 et 1990, et l'émergence de son équivalent humain, la variante de la maladie de Creutzfeld-Jacob, de nombreuses recherches ont été menées sur les prions, les agents responsables. Mico Tatalovic fait le point sur l'état actuel des connaissances.


Image reproduite avec l'aimable autorisation de spooh
/ iStockphoto

Il peut y avoir une épidémie cachée qui attend de se produire, avec des millions de personnes déjà infectées, nous ne pouvons ni la prévenir ni la guérir, et nous ne pouvons même pas la diagnostiquer avant l'apparition des symptômes mortels.

La maladie est une variante de la maladie de Creutzfeld-Jacob (vMCJ), qui fait partie d'un groupe de maladies connues sous le nom d'encéphalopathies spongiformes transmissibles (EST), qui sont causées et transmises par des formes anormales de protéines prions. Les exemples d'EST comprennent non seulement la vMCJ, mais aussi la tremblante du mouton, l'encéphalopathie spongiforme bovine (ESB ou maladie de la vache folle) chez les bovins et le kuru w1 chez l'homme. Ces maladies créent de grands trous remplis de liquide dans le tissu cérébral parce que l'accumulation de prions aberrants provoque la mort des neurones (cellules nerveuses). Ce sont ces trous caractéristiques qui donnent leur nom aux maladies : encéphalopathies spongiformes (spongieuses) (maladies cérébrales).

Les EST affectent le système nerveux central, avec des symptômes tels que des problèmes de coordination et d'équilibre, des tremblements et des mouvements saccadés incontrôlables. Chez l'homme, les EST provoquent également des changements de personnalité et de la dépression, et les personnes qui en souffrent peuvent éprouver de la confusion, des problèmes de mémoire et de l'insomnie. À mesure que les maladies progressent, la plupart des fonctions mentales sont perdues, y compris la capacité de parler. Toutes les EST sont mortelles et il n'existe pas encore de remède.


Image rehaussée de couleur du prion
protéines (orange) d'un animal
infecté par la tremblante

Image reproduite avec l'aimable autorisation de R. Dourmashkin
/ Bienvenue Images

Les prions sont des protéines spécifiques que l'on trouve principalement dans le système nerveux, où, sous leur forme normale, ils peuvent avoir des fonctions importantes. Par exemple, des études sur les limaces de mer, Aplysie, suggèrent que les prions ont un rôle crucial dans la formation de la mémoire (Si et al., 2010). Les prions infectieux sont des formes anormales (aberrantes) de protéines prions qui se répliquent à l'intérieur de l'hôte en forçant des protéines normales du même type à adopter la structure aberrante. Cela a un effet domino par lequel un petit nombre de prions aberrants peut affecter de nombreux prions normaux et éventuellement conduire à la maladie. Lorsque les prions aberrants forment des amyloïdes – des agrégats de protéines – dans les cellules, celles-ci meurent, créant des trous dans le cerveau.

Les prions sont le seul cas connu de protéines pathogènes (causant des maladies) auto-propagées, et ils sont capables de provoquer des maladies graves même s'ils semblent n'être que des molécules de protéines : contrairement aux bactéries, virus ou autres agents pathogènes connus, ils n'ont aucune information codée. dans les acides nucléiques (ADN ou ARN) sur la façon d'envahir et de se répliquer dans l'hôte. Il y a encore un voile de mystère autour des prions et comment ils se répliquent exactement, traversent la barrière hémato-encéphalique et traversent la barrière des espèces - c'est-à-dire infectent différentes espèces d'hôtes.

C'est dans les années 1960 que les chercheurs ont découvert pour la première fois que les agents pathogènes des EST semblaient manquer d'acides nucléiques. Tikvah Alper a suggéré que l'agent était une protéine. Cette idée semblait hérétique parce que tous les autres agents pathogènes connus contenaient des acides nucléiques et que leur virulence et leur pathogenèse étaient génétiquement déterminées.


Portrait de bactériologiste
Robert Koch (1843-1910)

Cependant, trois décennies d'enquêtes ultérieures, menées notamment par Stanley Prusiner, qui a reçu le prix Nobel de physiologie ou de médecine en 1997 pour ses travaux sur les prions et les EST, ont abouti à une large acceptation de cette « hypothèse des protéines uniquement » w2 .

Néanmoins, certains croient encore que les maladies à prions sont en fait causées par des virus non conventionnels et que les protéines à prions ne sont qu'une partie de ce virus mystérieux. Les postulats de Koch décrivent ce qui est nécessaire pour prouver qu'un certain agent provoque une maladie particulière, l'une des étapes nécessaires consiste à utiliser cet agent pour induire la maladie dans un organisme sain. Pour prouver qu'une EST est bien causée par la protéine prion elle-même, les prions aberrants isolés et purifiés doivent être utilisés pour transmettre la maladie. Ce n'est qu'en février 2010 que cela a été fait, ajoutant d'autres preuves substantielles pour l'hypothèse de la protéine uniquement (Wang et al., 2010).


La réparation de la barrière hémato-encéphalique qui fuit peut rajeunir la fonction cérébrale

De nouvelles recherches sur des souris remettent en question l'idée que « vous ne pouvez pas enseigner de nouveaux tours à un vieux chien ». La réponse réside peut-être dans la préservation de la barrière hémato-encéphalique, qui a tendance à fuir avec l'âge.

Partager sur Pinterest De nouvelles recherches se penchent sur le déclin des fonctions cérébrales qui accompagne le vieillissement.

La barrière hémato-encéphalique est un ensemble complexe de caractéristiques des vaisseaux sanguins qui aident à protéger le cerveau des substances potentiellement nocives présentes dans la circulation sanguine.

Dans un récent Science Médecine translationnelle étude, les scientifiques décrivent comment la rupture de la barrière hémato-encéphalique peut déclencher une inflammation du cerveau et des troubles cognitifs chez les souris vieillissantes.

L'équipe internationale a découvert que la rupture de la barrière hémato-encéphalique active une protéine de signalisation dans les cellules du cerveau appelées astrocytes.

Les chercheurs ont ensuite développé et testé un médicament qui a bloqué la protéine de signalisation, qui porte le nom de facteur de croissance transformant bêta (TGF-bêta).

Après le traitement avec le médicament, les souris ont montré moins de signes d'inflammation cérébrale et une capacité améliorée à apprendre de nouvelles tâches qui correspondaient aux performances de souris beaucoup plus jeunes.

"Nous avons tendance à penser au cerveau âgé de la même manière que nous pensons à la neurodégénérescence : l'âge implique une perte de fonction et des cellules mortes", explique Daniela Kaufer, co-auteur principal de l'étude, professeur de biologie intégrative à l'Université de Californie à Berkeley.

"Mais nos nouvelles données racontent une histoire différente sur les raisons pour lesquelles le cerveau âgé ne fonctionne pas bien : c'est à cause de ce" brouillard "de charge inflammatoire", ajoute-t-elle.

Le professeur Kaufer explique que quelques jours après l'abolition du « brouillard inflammatoire », le cerveau âgé commence à fonctionner davantage comme un jeune cerveau.

Les résultats devraient aider les scientifiques à mieux comprendre le déclin des fonctions cérébrales impliquant l'inflammation qui peut accompagner le vieillissement et des conditions telles que la démence.

Un nombre croissant de recherches - y compris des études d'imagerie par le co-auteur principal de l'étude Alon Friedman, de l'Université Ben-Gurion du Néguev en Israël et de l'Université Dalhousie au Canada - montre que la barrière hémato-encéphalique devient moins efficace avec l'âge.

Plus la barrière hémato-encéphalique devient étanche, plus il est facile pour les substances qui provoquent l'inflammation de passer de la circulation sanguine dans le tissu cérébral et d'endommager les cellules.

Kaufer et Friedman sont également co-auteurs principaux d'un autre récent Science Médecine translationnelle étude qui a examiné de plus près le brouillard inflammatoire dans les barrières hémato-encéphaliques qui fuient.

Les personnes atteintes de la maladie d'Alzheimer peuvent fréquemment éprouver des événements épileptiques, mais elles et leurs médecins n'en sont pas nécessairement conscients.

L’avancée en âge est un facteur de risque à la fois pour la maladie d’Alzheimer et l’épilepsie, et les données expérimentales et cliniques soutiennent l’idée d’un lien entre les deux affections.

Pour la deuxième étude, l'équipe a analysé les lectures EEG de personnes atteintes de la maladie d'Alzheimer et a trouvé une signature EEG pour ce qu'ils décrivent comme des "événements paroxystiques à ondes lentes (PSWE)".

À partir des EEG, ils ont vu comment le taux de PSWE semblait correspondre au niveau de déficience cognitive des individus.

Dans les EEG de personnes épileptiques, ils ont découvert que les PSWE qui se produisaient entre les crises correspondaient à des zones de fuite de la barrière hémato-encéphalique. Ils ont trouvé la même correspondance chez des souris âgées, des souris sujettes à la maladie d'Alzheimer et des rats souffrant d'épilepsie induite.

Des tests supplémentaires sur de jeunes rats ont révélé qu'il était possible d'altérer la barrière hémato-encéphalique en introduisant la protéine albumine dans le cerveau. Cela a conduit à un taux plus élevé de PSWE.

Dans des recherches antérieures, Friedman et Kaufer avaient montré que l'albumine peut s'infiltrer dans le cerveau après un traumatisme. La protéine se fixe au récepteur TGF-bêta des astrocytes.

En se liant aux récepteurs TGF-bêta des astrocytes, la protéine déclenche une chaîne d'événements inflammatoires qui endommagent les cellules et les circuits du cerveau.

Les dommages augmentent la probabilité de crises en perturbant l'équilibre entre l'excitation et l'inhibition des neurones.

L'équipe conclut que les résultats indiquent qu'une barrière hémato-encéphalique qui fuit est une cause potentielle de crises non convulsives chez les personnes atteintes de la maladie d'Alzheimer. Il peut également offrir une cible potentielle de traitement.

Les chercheurs suggèrent que les deux ensembles de résultats offrent deux nouveaux biomarqueurs qui pourraient aider les médecins à identifier les individus qui pourraient avoir un problème de barrière hémato-encéphalique : l'un utilisant l'IRM (qui peut détecter les barrières qui fuient), et l'autre utilisant l'EEG (qui peut détecter rythmes cérébraux).

Il est également possible de développer le médicament qu'ils ont utilisé comme moyen de réparer une barrière hémato-encéphalique qui fuit afin de ralentir et peut-être même d'inverser certains des problèmes qu'il peut causer.

« Nous avons maintenant deux biomarqueurs qui vous indiquent exactement où fuit la barrière hémato-encéphalique, vous pouvez donc sélectionner les patients à traiter et décider de la durée d'administration du médicament. »

Pr Daniela Kaufer

Les experts commentant les deux études saluent généralement les résultats, mais mettent en garde contre le fait de sauter à la conclusion qu'ils décrivent des moyens d'inverser la démence chez l'homme.

« Dans l'ensemble », note Diego Gomez-Nicola, professeur agrégé de neurosciences à l'Université de Southampton au Royaume-Uni, « ces études s'ajoutent à un corpus de connaissances soutenant l'impact de l'inflammation sur la démence, et fournissent des cibles prometteuses pour de futures études cliniques. . "


Les médicaments qui répriment l'inflammation du cerveau inversent la démence

Les médicaments qui atténuent l'inflammation dans le cerveau pourraient ralentir ou même inverser le déclin cognitif qui accompagne l'âge.

Dans une publication paraissant aujourd'hui dans la revue Science Médecine translationnelle, l'Université de Californie à Berkeley et les scientifiques de l'Université Ben Gourion rapportent que les souris séniles ayant reçu un tel médicament présentaient moins de signes d'inflammation cérébrale et étaient mieux en mesure d'apprendre de nouvelles tâches, devenant presque aussi habiles que des souris de la moitié de leur âge.

« Nous avons tendance à penser au cerveau âgé de la même manière que nous pensons à la neurodégénérescence : l'âge implique une perte de fonction et des cellules mortes. Mais nos nouvelles données racontent une histoire différente sur les raisons pour lesquelles le cerveau âgé ne fonctionne pas bien : c'est à cause de ce « brouillard » de charge inflammatoire », a déclaré Daniela Kaufer, professeur de biologie intégrative à l'UC Berkeley et auteur principal, avec Alon. Friedman de l'Université Ben Gourion du Néguev en Israël et de l'Université Dalhousie au Canada. «Mais lorsque vous supprimez ce brouillard inflammatoire, en quelques jours, le cerveau âgé agit comme un jeune cerveau. C'est une découverte vraiment, vraiment optimiste, en termes de capacité de plasticité qui existe dans le cerveau. Nous pouvons inverser le vieillissement du cerveau.

Le traitement réussi chez la souris soutient une vision radicalement nouvelle des causes de la confusion et de la démence qui accompagnent souvent le vieillissement. De plus en plus de recherches montrent qu'avec l'âge, le système de filtration qui empêche les molécules ou les organismes infectieux dans le sang de s'infiltrer dans le cerveau - la soi-disant barrière hémato-encéphalique - devient perméable, laissant entrer des produits chimiques qui provoquent une inflammation et une cascade de mort cellulaire. Après 70 ans, près de 60 % des adultes ont des barrières hémato-encéphaliques qui fuient, selon les études d'imagerie par résonance magnétique (IRM) de Friedman.

Un article d'accompagnement des deux chercheurs et de Dan Milikovsky de l'Université Ben Gourion montre que le brouillard inflammatoire induit par une barrière hémato-encéphalique qui fuit modifie les rythmes normaux du cerveau de la souris, provoquant des événements de type microcrise - des interruptions momentanées du rythme normal dans l'hippocampe – qui pourraient produire certains des symptômes observés dans les maladies cérébrales dégénératives comme la maladie d'Alzheimer. Les électroencéphalogrammes (EEG) ont révélé une perturbation des ondes cérébrales similaire, ou des événements d'ondes lentes paroxystiques, chez les humains atteints d'épilepsie et de dysfonctionnement cognitif, y compris la maladie d'Alzheimer et une déficience cognitive légère (MCI).

Les IRM dynamiques à contraste amélioré (DCE-MRI) montrent qu'avec l'âge, la barrière hémato-encéphalique devient plus perméable. Ce dysfonctionnement est montré chez les humains et les souris. Une BHE qui fuit déclenche une cascade de mort cellulaire qui peut être la cause du déclin cognitif lié à l'âge. (Images d'Alon Friedman et Daniela Kaufer)

Ensemble, les articles donnent aux médecins deux biomarqueurs – des barrières qui fuient détectables par IRM et des rythmes cérébraux anormaux détectables par EEG – qui peuvent être utilisés pour signaler les personnes ayant des problèmes de barrière hémato-encéphalique, ainsi qu'un médicament potentiel pour ralentir ou inverser les conséquences.

"Nous avons maintenant deux biomarqueurs qui vous indiquent exactement où la barrière hémato-encéphalique fuit, afin que vous puissiez sélectionner les patients à traiter et prendre des décisions sur la durée pendant laquelle vous donnez le médicament", a déclaré Kaufer, membre du Helen Wills Neuroscience Institute de l'UC Berkeley. . "Vous pouvez les suivre, et lorsque la barrière hémato-encéphalique est guérie, vous n'avez plus besoin du médicament."

Barrière hémato-encéphalique

Les scientifiques soupçonnent depuis longtemps qu'une barrière hémato-encéphalique qui fuit cause au moins une partie des lésions tissulaires après une lésion cérébrale et une partie du déclin mental qui accompagne l'âge. Mais personne ne savait comment.

Un patient avec une barrière hémato-encéphalique très perméable telle que mesurée par IRM (à gauche, le rouge indiquant la perméabilité la plus élevée) a également plus d'événements semblables à des crises (événements paroxystiques à ondes lentes) par minute tel que mesuré par EEG (le rouge indique des événements plus fréquents) . (Image avec l'aimable autorisation du laboratoire Kaufer)

En 2007, cependant, Friedman et Kaufer ont lié ces problèmes à une protéine du sang, l'albumine. En 2009, ils ont montré que lorsque l'albumine s'infiltre dans le cerveau après un traumatisme, elle se lie au récepteur TGF-β (TGF-bêta) dans les cellules du cerveau appelées astrocytes. Cela déclenche une cascade de réponses inflammatoires qui endommagent d'autres cellules du cerveau et des circuits neuronaux, entraînant une diminution de l'inhibition et une augmentation de l'excitation des neurones et une propension aux crises.

Ils ont également montré chez la souris que le blocage du récepteur avec un médicament antihypertenseur, le losartan, empêchait le développement de l'épilepsie après un traumatisme cérébral. L'épilepsie est une conséquence fréquente des commotions cérébrales comme celles subies par les soldats par les bombes en bordure de route.

Des études ultérieures ont révélé des fuites dans la barrière après un AVC, des lésions cérébrales traumatiques et des commotions cérébrales, liant solidement l'albumine et un récepteur TGF-β surexcité aux dommages résultant de ces traumatismes.

Dans leurs nouvelles études, Kaufer et Friedman ont montré que l'introduction d'albumine dans le cerveau peut, en une semaine, faire ressembler le cerveau de jeunes souris à celui de souris âgées, en termes d'hyperexcitabilité et de sensibilité aux crises. Ces souris traitées à l'albumine ont également parcouru un labyrinthe aussi mal que les souris âgées.

« Lorsque nous avons infusé de l'albumine dans le cerveau de jeunes souris, nous avons récapitulé le vieillissement du cerveau : l'expression des gènes, la réponse inflammatoire, la résilience aux crises induites et la mortalité après les crises, la performance dans un labyrinthe. Et lorsque nous avons enregistré leur activité cérébrale, nous avons trouvé ces événements paroxystiques à ondes lentes », a déclaré Kaufer. « Et tous étaient spécifiques au site que nous avons infusé. Donc, faire cela est suffisant pour obtenir un phénotype âgé de ce très jeune cerveau. »

Alon Friedman et Daniela Kaufer, qui travaillent ensemble depuis plus de 20 ans pour cerner le rôle de la barrière hémato-encéphalique dans les troubles cérébraux, dont le vieillissement.

Lorsqu'ils ont génétiquement modifié des souris pour qu'elles puissent assommer le récepteur du TGF-β dans les astrocytes après avoir atteint un âge avancé, les cerveaux de souris séniles semblaient à nouveau jeunes. Les souris étaient aussi résistantes aux crises induites qu'une jeune souris et elles ont appris un labyrinthe comme une jeune souris.

Par hasard, un chimiste médical de Palo Alto, en Californie, Barry Hart, a proposé de synthétiser un médicament à petites molécules qui bloque le récepteur TGF-β uniquement dans les astrocytes et qui pourrait traverser la barrière hémato-encéphalique. Lorsqu'ils ont administré le médicament, appelé IPW, à des souris à des doses qui abaissaient le niveau d'activité des récepteurs à celui trouvé chez les jeunes souris, le cerveau des souris âgées semblaient également plus jeunes. Ils ont montré une expression de gènes de type cerveau jeune, une inflammation réduite et des rythmes améliorés, c'est-à-dire des événements d'ondes lentes paroxystiques réduits, ainsi qu'une sensibilité réduite aux crises. Ils ont également navigué dans un labyrinthe ou appris une tâche spatiale comme une jeune souris.

En analysant les tissus cérébraux humains, Kaufer a trouvé des preuves d'albumine dans des cerveaux âgés et une augmentation de la neuroinflammation et de la production de TGF-β avec l'âge. Friedman a développé un type spécial d'imagerie IRM - l'imagerie dynamique à contraste amélioré (DCE) - pour détecter les fuites dans la barrière hémato-encéphalique et a trouvé plus de fuites chez les personnes présentant un dysfonctionnement cognitif plus important.

Dans l'ensemble, les preuves indiquent qu'un dysfonctionnement du système de filtration sanguine du cerveau est l'un des premiers déclencheurs du vieillissement neurologique, a déclaré Kaufer.

Kaufer, Friedman et Hart ont lancé une entreprise pour développer un médicament pour guérir la barrière hémato-encéphalique pour un traitement clinique et espèrent que le médicament aidera à réduire l'inflammation cérébrale - et, par conséquent, les dommages permanents - après un accident vasculaire cérébral, une commotion cérébrale ou une lésion cérébrale traumatique, et éventuellement aider les personnes âgées atteintes de démence ou de la maladie d'Alzheimer qui ont démontré une fuite de la barrière hémato-encéphalique.

"Nous y sommes parvenus par cette porte dérobée, nous avons commencé avec des questions sur la plasticité liée à la barrière hémato-encéphalique, aux lésions cérébrales traumatiques et au développement de l'épilepsie", a déclaré Kaufer. "Mais après avoir beaucoup appris sur les mécanismes, nous avons commencé à penser que peut-être en vieillissant, c'est la même histoire. Il s'agit d'une nouvelle biologie, d'un tout nouvel angle sur les raisons pour lesquelles la fonction neurologique se détériore à mesure que le cerveau vieillit.

Ce travail a été soutenu par les National Institutes of Health (R01NS066005, R56NS066005), le septième programme-cadre de l'Union européenne, la Fondation israélienne pour la science et la Fondation binationale pour la science États-Unis-Israël.


Morphine et métabolites

Le principal métabolite de la morphine, la morphine-3-glucuronide (M3G), bien qu'inactif sur le plan analgésique, a été signalé comme antagonisant la morphine et produisant des effets stimulants, tels que myoclonies, convulsions et allodynie (Smith 2000). En revanche, le métabolite mineur, la morphine-6-glucuronide (M6G), est beaucoup plus analgésique que la morphine.

La morphine est principalement métabolisée dans le foie par l'uridine-5′-diphosphate (UDP) glucoronosyltransférase, avec une affinité spécifique pour l'isoenzyme UGT2B7. Cette isoenzyme est responsable de la formation des deux espèces de glucuronide, mais à des quantités différentes (5 fois plus de M3G que de M6G). Les chercheurs ont postulé la présence d'une autre isoenzyme métabolique qui forme en grande partie M3G. Bien que les résultats in vitro aient indiqué un rôle possible de l'UGT1A1 dans la formation de M3G, l'isoenzyme UGT2B7 in vivo reste la principale enzyme métabolique de la morphine (Stone et al. 2003). La formation différente des métabolites M3G et M6G (Fig.  1 ) est probablement due à des problèmes physico-chimiques et stériques qui affectent la liaison de la morphine à l'enzyme de phase II (Coffman et al. 1998).

L'UGT2B7 est également responsable du métabolisme de plusieurs composés endogènes et exogènes, notamment les hormones stéroïdes et la bilirubine chez le nouveau-né. Ces composés sont des substrats compétitifs pour l'UGT2B7 et peuvent réduire la formation de métabolites conjugués à la morphine.

En plus du foie, il a été démontré que les homogénats de cerveau humain métabolisent la morphine à des concentrations nanomolaires en M3G et M6G. Par conséquent, la M6G peut être formée directement dans le SNC et semble pénétrer la BHE à un taux plus élevé que la M6G produite dans le foie ( Yamada et al. 2003). Il est intéressant de noter que le rapport M3G/M6G produit par les homogénats cérébraux s'est avéré directement associé à la concentration de morphine. Des concentrations plus faibles de morphine correspondaient à un rapport M3G/M6G plus faible, peut-être en raison de la formation préférentielle de M6G par l'UGT2B7 (Yamada et al. 2003). Bien que l'UGT2B7 semble jouer un rôle dans la formation de M6G à partir de la morphine endogène, l'enzymologie de ce métabolisme dans le cerveau doit être mieux élucidée. De plus, les isoformes cérébrales UGT responsables de la glucuronidation de la morphine peuvent être différentes de celles hépatiques.

Plusieurs études ont été réalisées sur les enzymes métabolisant la morphine et sur le récepteur μ-opioïde, afin de détecter des variants génétiques contribuant éventuellement à la variabilité interindividuelle de la pharmacologie de la morphine. Les UGT2B7 H288Y le polymorphisme ne semble pas expliquer les variations significatives du rapport glucuronide/morphine observées chez les patients cancéreux (Coughtrie et al. 1989). Au contraire, l'activité globale de l'UGT est apparemment modulée par une série de polymorphismes génétiques (Coffman et al. 1998). Variantes du gène du récepteur μ-opioïde (OPRM1) jouent un rôle important dans la médiation de l'activité de la morphine : ce gène est hautement polymorphe, et le SNP rs1799971 dans l'exon 1 semble être associé à une diminution de l'efficacité thérapeutique. En particulier, les homozygotes 118 G nécessitent des doses de morphine plus élevées pour soulager la douleur que les hétérozygotes ou les non-porteurs, montrant des risques accrus d'intoxication et de dépression respiratoire. L'explication pourrait être liée à des différences cliniquement mesurables dans les effets M6G (Lötsch et al. 2002a, b Lötsch et Geisslinger 2005 Romberg et al. 2005). De la même manière, COMT Les polymorphismes (Catéchol-O-MéthylTransférase) doivent être pris en compte pour la modulation de dose de la morphine : l'enzyme est responsable du métabolisme de la dopamine, de la norépinéphrine et de l'épinéphrine. Son polymorphisme Val158Met (rs4680) est lié à l'activité enzymatique puisque la méthionine provoque une réduction de trois fois l'activité, contribuant à des altérations de la perception de la douleur. En particulier, les patients ayant un génotype homozygote Val/Val ont besoin de plus de morphine que les hétérozygotes Val/Met ou les homozygotes Met/Met (revue par Allegri et al. 2010).


Perspectives

Les orientations futures pour les questions actuellement non résolues comprennent la réponse à des questions sur l'augmentation du transport de l'ocytocine dans l'excès de sRAGE ou d'esRAGE via mRAGE. Nous aimerions également savoir dans quelle mesure le transport de l'ocytocine RAGE-dépendant repose sur d'autres moyens de transport, tels que la voie intranasale directe ou le transport du nerf trijumeau 26 . Il sera important de suivre les résultats sur les protéines de liaison à l'ocytocine supplémentaires dans le plasma. Le poids moléculaire de sRAGE/esRAGE est d'environ 50 kDa. Cependant, il est connu qu'il existe une protéine de liaison à l'ocytocine avec un poids moléculaire de 10 kDa 30 . Il a été fréquemment démontré qu'aucun transport d'ocytocine vers le cerveau ne se produit chez le rat et il serait intéressant de savoir si cela pourrait être dû à un manque de fonction RAGE. Une autre question est de savoir si l'ocytocine a été recrutée dans des régions corticales éloignées de l'hypothalamus sans collatéral axonal des neurones ocytocinergiques 2 . En ce qui concerne le comportement, il existe une hypothèse selon laquelle les différences personnelles de comportement social chez l'homme dépendent des taux plasmatiques d'ocytocine. Compte tenu de nos données, il est raisonnable de se demander si des variantes moléculaires ou des polymorphismes nucléotidiques simples de la AGE gène codant pour RAGE contribuent à ce phénomène. De plus, l'ocytocine administrée par voie orale peut-elle atteindre le cerveau ? Ceci est particulièrement pertinent pour l'ocytocine dans le lait. Nous devons également déterminer la biodisponibilité précise de l'ocytocine à partir de l'intestin et du sang. Plusieurs questions se posent sur le mouvement de l'ocytocine. L'ocytocine peut-elle pénétrer dans la lymphe, l'espace intrapéritonéal et les jonctions serrées ? L'ocytocine peut-elle être absorbée par les cellules épithéliales de souris et les cellules épithéliales œsophagiennes d'une manière dépendante du RAGE à travers les barrières épithéliales ? Dans l'ensemble, il sera important de déterminer comment l'ocytocine est transportée de manière intracellulaire, transcellulaire et intercellulaire 25 .

Pour résumer, bien que nous ayons besoin de déterminer la pharmacocinétique de l'ocytocine, nos données présentent une meilleure compréhension de la façon dont l'ocytocine exogène de l'intestin ou du sang peut influencer les cibles cérébrales de l'ocytocine, ce qui entraîne une amélioration du comportement social chez les humains avec ou sans déficiences sociales.


Possibilités d'accès

Obtenez un accès complet au journal pendant 1 an

Tous les prix sont des prix NET.
La TVA sera ajoutée plus tard dans la caisse.
Le calcul des taxes sera finalisé lors du paiement.

Obtenez un accès limité ou complet aux articles sur ReadCube.

Tous les prix sont des prix NET.


Biologie des maladies à prions et génétique

Les scientifiques des Rocky Mountain Laboratories (RML) du NIAID à Hamilton, dans le Montana, étudient les maladies à prions depuis les années 1960, lorsque le Dr William Hadlow a dirigé les travaux sur la maladie du cerveau du mouton connue sous le nom de tremblante, qui s'est avérée plus tard être une maladie à prions. Le RML est l'un des premiers laboratoires au monde pour l'étude des maladies à prions. La principale de leur mission est de comprendre comment les protéines prions anormales provoquent des maladies aux niveaux moléculaire, biochimique, cellulaire et animal.

Les scientifiques du NIAID au RML étudient comment les cellules du système nerveux interagissent avec la protéine prion et si ces interactions affectent la progression de la maladie. Ces études ont montré comment les prions se déplacent dans le cerveau et comment les cellules du cerveau appelées microglies aident à ralentir la maladie.

D'autres études menées au RML ont examiné différents types de MCJ dans les tissus humains et comment différents types de MCJ peuvent survenir. Ces études ont montré comment les prions humains interagissent avec les cellules. Ils ont également montré que les prions dérivés de formes légèrement différentes du gène de la protéine prion peuvent influencer la façon dont les prions s'accumulent dans le cerveau.

Les scientifiques du NIAID au RML ont également montré qu'en réponse à des dommages au cerveau, la protéine prion normale acquiert des propriétés similaires à celles de la protéine prion infectieuse. Ces études montrent que la protéine prion, comme la protéine tau dans l'encéphalopathie traumatique chronique (CTE), agit anormalement après une lésion cérébrale. Ils suggèrent également que les dommages au cerveau pourraient être un moyen par lequel l'infection par la MCJ commence chez certaines personnes.

Les études sur la maladie débilitante chronique du RML se sont concentrées sur la possibilité que les prions infectieux puissent croiser des espèces de cervidés, comme le cerf et le wapiti, à l'homme. Au cours d'une recherche qui a pris 13 ans d'observation, les scientifiques du NIAID ont publié une série d'études, la dernière en 2018, montrant que la MDC du cerf ou du wapiti ne provoque pas de maladie dans les modèles à prions sensibles à l'infection par les prions humains. Ces études renforcent la conviction qu'il existe une forte barrière à l'infection par la MDC entre les cervidés et les humains.

Des études sur l'infection par la maladie à prions des cultures d'organoïdes cérébraux (« minicerveau ») dans des incubateurs ont commencé au RML en 2017. Ces études pourraient fournir un nouveau modèle aux scientifiques pour étudier comment les maladies à prions affectent le cerveau humain. Les organoïdes cérébraux sont de petites boules de cellules cérébrales humaines - développées à partir de cellules souches de la peau - dont la taille varie d'une graine de pavot à un petit pois. Leur organisation, leur structure et leur signalisation électrique imitent certains aspects du tissu cérébral.


Comment Listeria traverse la barrière placentaire pour infecter le fœtus

Une étude menée par le groupe dirigé par Marc Lecuit (Avenir Inserm / Groupe Microorganismes et barrières hôte de l'Institut Pasteur), au sein de l'unité Inserm U604 dirigée par Pascale Cossart, a permis de découvrir comment la bactérie responsable de la listériose (Listeria monocytogenes) peut traverser le placenta. des femmes enceintes à provoquer des infections fœtales graves, voire mortelles, des naissances prématurées et des infections chez les nouveau-nés. C'est la première fois que le mécanisme moléculaire permettant à une bactérie pathogène de traverser le placenta in vivo est découvert. Ce travail est publié le 17 septembre sur le site de Nature.

Communiqué de presse Paris, le 17 septembre 2008

La listériose est une infection bactérienne causée par Listeria monocytogenes d'origine alimentaire. Répandue dans la nature (eau, sol, plantes, animaux) que les bactéries peuvent contaminer de nombreux aliments : crudités, plats cuisinés prêts à manger, fromages, viandes et menace principalement les femmes enceintes, les enfants et les nouveau-nés à naître. Les personnes âgées et immunodéprimées sont également à risque. Parmi elles, la listériose est responsable de septicémie, méningite et encéphalite. Les antibiotiques sont efficaces dans la plupart des cas mais l'infection reste néanmoins mortelle chez 20 à 30 % des individus infectés. Chez les adultes en bonne santé, les symptômes sont généralement moins sévères et peuvent se traduire par une simple gastro-entérite.

L'infection débute par l'ingestion d'aliments contaminés par Listeria monocytogenes, qui peuvent alors traverser la barrière intestinale et atteindre la circulation sanguine. La bactérie est alors capable de traverser la barrière entre les vaisseaux sanguins du cerveau (barrière hémato-encéphalique) ou de traverser le placenta pour se diffuser jusqu'au fœtus chez la femme enceinte.

Marc Lecuit, Pascale Cossart and their colleagues at the Institut Pasteur, INSERM and INRA have developed the first two animal models for human listeriosis allowing to study the crossing of the placental barrier in vivo: the gerbil, a rodent naturally susceptible to Listeria monocytogenes, and a new mouse by genetically modified by "knock-in". This mouse expresses a human adhesion protein on the surface of epithelial cells called E-cadherin. With these two animal models, researchers were able to identify that two Listeria proteins, called InlA and InlB, interact with specific receptors, respectively E-cadherin and Met, which allow them to adhere to the placenta and cross it to reach the fetus.

Researchers had previously studied in vitro interactions of these proteins with their receptors and showed (Science, 2001) how Listeria crosses the intestinal barrier, but this is the first time the molecular mechanism allowing a pathogenic bacterium to cross the placental barrier in vivo is discovered.


This work greatly improves our understanding of the pathogenicity of Listeria monocytogenes and may lead to the development of molecules capable of preventing the spread of Listeria to the fetus, by inhibiting host-bacterial interactions. Understanding the mechanism of crossing the placenta could also help deliver therapeutic molecules across the placental barrier.

The teams of Marc Lecuit and Pascale Cossart work together to understand the mechanism of the crossing the blood-brain barrier by Listeria monocytogenes. Their working hypothesis is that these same proteins could also play a role in the infection of the central nervous system.

La source

“Conjugated action of two species-specific invasion proteins for fetoplacental listeriosis”, La nature, 17 septembre 2008.

Olivier Disson 1,2*, Solène Grayo 1,2,3*, Eugénie Huillet 4,5,6*, Georgios Nikitas 1,2, Francina Langa-Vives 7, Olivier Dussurget 4,5,6, Marie Ragon 3, Alban Le Monnier 3, Charles Babinet 8‡, Pascale Cossart 4,5,6 & Marc Lecuit 1,2,3,9

1 Institut Pasteur, Groupe Microorganismes et Barrières de l’Hôte, Unité des Interactions Bactéries-Cellules, F-75015, Paris, France.
2 Inserm Avenir U604, F-75015, Paris, France.
3 Institut Pasteur, Centre de Référence des Listeria, F-75015, Paris, France.
4 Institut Pasteur, Unité des Interactions Bactéries-Cellules, F-75015, Paris, France.
5 Inserm U604, F-75015, Paris, France.
6 INRA USC2020, F-75015, Paris, France.
7 Institut Pasteur, Centre d’Ingénierie Génétique Murine, F-75015, Paris, France.
8 Institut Pasteur, Unité de Biologie du Développement, F-75015, Paris, France.
9 Centre d’Infectiologie Necker-Pasteur, Service des Maladies Infectieuses et Tropicales, Hôpital Necker-Enfants malades, Assistance Publique-Hôpitaux de Paris, Université Paris Descartes, F-75015, Paris, France.


Delivering Genes Across the Blood-Brain Barrier

Caltech biologists have modified a harmless virus in such a way that it can successfully enter the adult mouse brain through the bloodstream and deliver genes to cells of the nervous system. The virus could help researchers map the intricacies of the brain and holds promise for the delivery of novel therapeutics to address diseases such as Alzheimer's and Huntington's. In addition, the screening approach the researchers developed to identify the virus could be used to make additional vectors capable of targeting cells in other organs.

"By figuring out a way to get genes across the blood-brain barrier, we are able to deliver them throughout the adult brain with high efficiency," says Ben Deverman, a senior research scientist at Caltech and lead author of a paper describing the work in the February 1 online publication of the journal Nature Biotechnology.

The blood-brain barrier allows the body to keep pathogens and potentially harmful chemicals circulating in the blood from entering the brain and spinal cord. The semi-permeable blockade, composed of tightly packed cells, is crucial for maintaining a controlled environment to allow the central nervous system to function properly. However, the barrier also makes it nearly impossible for many drugs and other molecules to be delivered to the brain via the bloodstream.

To sneak genes past the blood-brain barrier, the Caltech researchers used a new variant of a small, harmless virus called an adeno-associated virus (AAV). Over the past two decades, researchers have used various AAVs as vehicles to transport specific genes into the nuclei of cells once there, the genes can be expressed, or translated, from DNA into proteins. In some applications, the AAVs carry functional copies of genes to replace mutated forms present in individuals with genetic diseases. In other applications, they are used to deliver genes that provide instructions for generating molecules such as antibodies or fluorescent proteins that help researchers study, identify, and track certain cells.

Largely because of the blood-brain barrier problem, scientists have had only limited success delivering AAVs and their genetic cargo to the central nervous system. In general, they have relied on surgical injections, which deliver high concentrations of the virus at the injection site but little to the outlying areas. Such injections are also quite invasive. "One has to drill a hole through skull, then pierce tissue with a needle to the injection site," explains Viviana Gradinaru (BS ཁ), assistant professor of biology and biological engineering at Caltech, Heritage Principal Investigator, and senior author on the paper. "The deeper the injection, the higher the risk of hemorrhage. With systemic injection, using the bloodstream, none of that damage happens, and the delivery is more uniform."

In addition, Gradinaru notes, "many disorders are not tightly localized. Neurodegenerative disorders like Huntington's disease affect very large brain areas. Also, many complex behaviors are mediated by distributed interacting networks. Our ability to target those networks is key in terms of our efforts to understand what those pathways are doing and how to improve them when they are not working well."

In 2009, a group led by Brian Kaspar of Ohio State University published a paper, also in Nature Biotechnology, showing that an AAV strain called AAV9 injected into the bloodstream could make its way into the brain&mdashbut it was only efficient when used in neonatal, or infant, mice.

"The big challenge was how do we achieve the same efficiency in an adult," says Gradinaru.

Although one might like to design an AAV that is up to the task, the number of variables that dictate the behavior of any given virus, as well as the intricacies of the brain and its barrier, make that extremely challenging. Instead, the researchers developed a high-throughput selection assay, CREATE (Cre REcombinase-based AAV Targeted Evolution), that allowed them to test millions of viruses in vivo simultaneously and to identify those that were best at entering the brain and delivering genes to a specific class of brain cells known as astrocytes.

They started with the AAV9 virus and modified a gene fragment that codes for a small loop on the surface of the capsid&mdashthe protein shell of the virus that envelops all of the virus' genetic material. Using a common amplification technique, known as polymerase chain reaction (PCR), they created millions of viral variants. Each variant carried within it the genetic instructions to produce more capsids like itself.

Then they used their novel selection process to determine which variants most effectively delivered genes to astrocytes in the brain. Importantly, the new process relies on strategically positioning the gene encoding the capsid variants on the DNA strand between two short sequences of DNA, known as lox sites. These sites are recognized by an enzyme called Cre recombinase, which binds to them and inverts the genetic sequence between them. By injecting the modified viruses into transgenic mice that only express Cre recombinase in astrocytes, the researchers knew that any sequences flagged by the lox site inversion had successfully transferred their genetic cargo to the target cell type&mdashhere, astrocytes.

After one week, the researchers isolated DNA from brain and spinal cord tissue, and amplified the flagged sequences, thereby recovering only the variants that had entered astrocytes.

Next, they took those sequences and inserted them back into the modified viral genome to create a new library that could be injected into the same type of transgenic mice. After only two such rounds of injection and amplification, a handful of variants emerged as those that were best at crossing the blood-brain barrier and entering astrocytes.

"We went from millions of viruses to a handful of testable, potentially useful hits that we could go through systematically and see which ones emerged with desirable properties," says Gradinaru.

Through this selection process, the researchers identified a variant dubbed AAV-PHP.B as a top performer. They gave the virus its acronym in honor of the late Caltech biologist Paul H. Patterson because Deverman began this work in Patterson's group. "Paul had a commitment to understanding brain disorders, and he saw the value in pushing tool development," says Gradinaru, who also worked in Patterson's lab as an undergraduate student.

To test AAV-PHP.B, the researchers used it to deliver a gene that codes for a protein that glows green, making it easy to visualize which cells were expressing it. They injected the AAV-PHP.B or AAV9 (as a control) into different adult mice and after three weeks used the amount of green fluorescence to assess the efficacy with which the viruses entered the brain, the spinal cord, and the retina.

"We could see that AAV-PHP.B was expressed throughout the adult central nervous system with high efficiency in most cell types," says Gradinaru. Indeed, compared to AAV9, AAV-PHP.B delivers genes to the brain and spinal cord at least 40 times more efficiently.

"What provides most of AAV-PHP.B's benefit is its increased ability to get through the vasculature into the brain," says Deverman. "Once there, many AAVs, including AAV9 are quite good at delivering genes to neurons and glia."

Gradinaru notes that since AAV-PHP.B is delivered through the bloodstream, it reaches other parts of the body. "Although in this study we were focused on the brain, we were also able to use whole-body tissue clearing to look at its biodistribution throughout the body," she says.

Whole-body tissue clearing by PARS CLARITY, a technique developed previously in the Gradinaru lab to make normally opaque mammalian tissues transparent, allows organs to be examined without the laborious task of making thin slide-mounted sections. Thus, tissue clearing allows researchers to more quickly screen the viral vectors for those that best target the cells and organs of interest.

"In this case, the priority was to express the gene in the brain, but we can see by using whole-body clearing that you can actually have expression in many other organs and even in the peripheral nerves," explains Gradinaru. "By making tissues transparent and looking through them, we can obtain more information about these viruses and identify targets that we might overlook otherwise."

The biologists conducted follow-up studies up to a year after the initial injections and found that the protein continued to be expressed efficiently. Such long-term expression is important for gene therapy studies in humans.

In collaboration with colleagues from Stanford University, Deverman and Gradinaru also showed that AAV-PHP.B is better than AAV9 at delivering genes to human neurons and glia.

The researchers hope to begin testing AAV-PHP.B's ability to deliver potentially therapeutic genes in disease models. They are also working to further evolve the virus to make even better performing variants and to produce variants that target certain cell types with more specificity.

Deverman says that the CREATE system could indeed be applied to develop AAVs capable of delivering genes specifically to many different cell types. "There are hundreds of different Cre transgenic lines available," he says. "Researchers have put Cre recombinase under the control of gene regulatory elements so that it is only made in certain cell types. That means that regardless of whether your objective is to target liver cells or a particular type of neuron, you can almost always find a mouse that has Cre recombinase expressed in those cells."

"The CREATE system gave us a good hit early on, but we are excited about the future potential of using this approach to generate viruses that have very good cell-type specificity in different organisms, especially the less genetically tractable ones," says Gradinaru. "This is just the first step. We can take these tools and concepts in many exciting directions to further enhance this work, and we&mdashwith the Beckman Institute and collaborators&mdashare ready to pursue those possibilities."

The Beckman Institute at Caltech recently opened a resource center called CLOVER (CLARITY, Optogenetics, and Vector Engineering Research Center) to support such research efforts involving tissue clearing and imaging, optogenetic studies, and custom gene-delivery vehicle development. Deverman is the center's director, and Gradinaru is the principal investigator.

Additional Caltech authors on the paper, "Cre-dependent selection yields AAV variants for widespread gene transfer to the adult brain," are Sripriya Ravindra Kumar, Ken Y. Chan, Abhik Banerjee, Wei-Li Wu, and Bin Yang, as well as former Caltech students Piers L. Pravdo and Bryan P. Simpson. Nina Huber and Sergiu P. Pasca of Stanford University School of Medicine are also coauthors. The work was supported by funding from the Hereditary Disease Foundation and the Caltech-City of Hope Biomedical Initiative, a National Institutes of Health (NIH) Director's New Innovator Award, the NIH's National Institute of Aging and National Institute of Mental Health, the Beckman Institute, and the Gordon and Betty Moore Foundation.