Huntington.be

Extrait du bulletin de liaison "Le Défi n°16, décembre 2003, LHFB.
MALADIE DE HUNTINGTON :
RECHERCHE FONDAMENTALE ET MODELES ANIMAUX
Raphael Hourez, Laboratoire de Neurophysiologie, ULB-Erasme, [email protected] et
David Blum, Laboratoire de Neurochirurgie Expérimentale/IRIBHM, ULB-Erasme,
[email protected]
Partie 1 : Mécanismes de toxicité de la Huntingtine mutée
Du gène à la protéine
La maladie de Huntington est une maladie génétique : elle est causée par une mutation du code
génétique (ou ADN) localisée à l’endroit précis où se trouve l’information nécessaire à la synthèse
d’une protéine appelée Huntingtine. Les protéines sont constituées par l’assemblage de différents
acides aminés et la protéine Huntingtine normale présente une répétition de l’acide aminé glutamine à
une de ses extrémités mais cette répétition ne dépasse pas le nombre de 34, cette séquence
polyglutamine ou polyQ (la lettre Q étant le symbole de la glutamine) étant donc de petite taille. Dans
la maladie de Huntington, la mutation provoque la synthèse d’une protéine anormale où cette séquence
polyglutamine est nettement allongée (plus de 36 répétitions de l’acide aminé glutamine).
L’ADN comprenant 2 copies du code génétique, la très grande majorité des patients atteints de maladie de Huntington possédent à la fois une copie normale et une copie mutée et synthétisent donc à la fois la protéine Huntingtine normale et la protéine Huntingtine mutée. Une grande partie des recherches menées ces dernières années visaient à comprendre comment la synthèse d’une protéine Huntingtine modifiée, allongée, peut mener progressivement à la mort de neurones du striatum et du cortex et finalement aux symptômes de la maladie de Huntington: chorée, troubles cognitifs et troubles du comportement. Gain de fonction toxique
La synthèse d’une Huntingtine normale et d’une Huntingtine mutée peut conduire à la mort de
neurones du striatum et du cortex par 2 types de mécanismes. Soit la protéine Huntingtine normale a
un rôle protecteur et est nécessaire à la survie de ces neurones (l’Huntingtine mutée n’ayant pas cet
effet protecteur) et la maladie est alors causée par la réduction de la quantité de protéine Huntingtine
normale (hypothèse de la perte de fonction ; voir plus loin), soit la protéine Huntingtine mutée acquiert
une toxicité que n’a pas la protéine Huntingtine normale et cette toxicité entraîne la mort de certains
neurones plus sensibles à cette nouvelle « fonction » toxique de la protéine Huntingtine (hypothèse du
gain de fonction). C’est cette dernière hypothèse qui a été le plus souvent évoquée et le plus
solidement étayée par différents arguments expérimentaux.
Une première observation concernant l’Huntingtine mutée est qu’elle est nettement moins soluble au sein de la cellule et qu’elle forme des « amas » appelés agrégats ou inclusions et que l’on retrouve à la fois dans le cytoplasme et dans le noyau. Le rôle exact de ces inclusions reste encore actuellement controversé mais il a été évoqué que ces agrégats étaient capables de séquestrer une série d’éléments indispensables au bon fonctionnement de la cellule et que l’Huntingtine mutée pourrait donc se révéler toxique par cette moindre solubilité et cette capacité à former des « amas » au sein de la cellule.
La protéine Huntingtine mutée pourrait également être toxique pour certains neurones en interférant avec la « centrale énergétique » de la cellule qu’est la mitochondrie. En effet, une interaction directe entre l’Huntingtine mutée et la mitochondrie a été montrée et pourrait causer une diminution de la production d’énergie par la mitochondrie, un tel neurone « en manque d’énergie » devenant alors tellement sensible aux neurotransmetteurs excitateurs (glutamate) provenant d’autres neurones avec lesquels il est en réseau que des concentrations normales de glutamate extracellulaire (sans effet délétère pour une cellule dont les mitochondries fonctionnent normalement) suffisent à tuer le neurone (phénomène qui ne s’observe sinon que pour des concentrations extrêmement hautes de glutamate).
Enfin, l’Huntingtine mutée entrant dans le noyau, elle est capable d’y altérer l’un des processus indispensable – la transcription - par lequel l’information génétique de l’ADN est traduite en protéine. Ce processus est contrôlé par des facteurs de transcription et les inclusions nucléaires formées par l’Huntingtine mutée « piègent » ou « séquestrent » ces facteurs de transcription. La synthèse des « bonnes protéines » au « bon moment » étant indispensable à la survie des neurones, la perturbation par l’Huntingtine mutée de cette étape de la synthèse protéique entrâine également la mort neuronale. En résumé, la mutation est responsable de la production d’une protéine Huntingtine mutée ce qui altère la production d’énergie par la mitochondrie et l’étape initiale de la synthèse des protéines, amenant à la mort de neurones du cortex et du striatum et in fine aux symptômes de la maladie de Huntington.
Fonction de l’huntingtine normale
Il a été montré récemment que le phénomène de perte de la fonction protectrice de l’Huntingtine
normale pourrait également jouer un rôle dans la maladie de Huntington (hypothèse de la perte de
fonction). En effet, la présence d’Huntingtine normale au sein des neurones du cortex favorise la
libération d’un facteur de croissance appelé BDNF (Brain Derived Nerve Factor) au niveau des
neurones du striatum. Ce facteur de croissance aide à maintenir en vie les neurones du striatum. Au
contraire, la protéine Huntingtine mutée diminue la libération de BDNF. Ceci illustre l’importance des
facteurs de croissance qui constituent une piste thérapeutique dans la maladie de Huntington. La
Huntingtine normale semble également contrôler l’innocuité de protéines qui pourraient induire la
mort des neurones.
Les agrégats formés par la protéine Huntingtine mutée pourraient eux-mêmes séquestrer la protéine Huntingtine normale ce qui établirait un lien entre perte et gain de fonction. Dans ce cas, la mort de neurones du striatum et du cortex résulterait de la somme de plusieurs mécanismes tels qu’un gain de fonction toxique de la protéine Huntingtine mutée via une altération de la transcription et/ou une réduction de la synthèse d’énergie par la mitochondrie mais aussi d’une perte de la fonction protectrice de la protéine Huntingtine normale médiée par la libération de BDNF, perte de fonction résultant à la fois d’une diminution de la synthèse de la protéine Huntingtine normale (puisqu’une seule des 2 copies persiste) et d’une séquestration de cette Huntingtine normale résiduelle par l’Huntingtine mutée. Ceci est important sur le plan thérapeutique car un traitement permettant non plus de contrecarrer les effets de l’Huntingtine toxique mais d’augmenter l’expression de la protéine Huntingtine normale pourrait être envisagé.
Mécanismes moléculaires de la mort neuronale
L’effet bénéfique d’un autre facteur de croissance appelé IGF-1 a été récemment montré dans des
cellules en culture où l’expression de la protéine Huntingtine mutée provoque l’apparition d’inclusions
nucléaires et une mort neuronale. Dans ce modèle, l’IGF1 est capable de diminuer le nombre
d’inclusions nucléaires et de réduire la mort neuronale via l’activation d’un enzyme appelé PKB ou
Akt qui est capable de phosphoryler (greffer un groupement phosphate) sur la protéine Huntingtine,
celle-ci serait alors moins « toxique ». En effet, sous sa forme phosphorylée, la protéine Huntingtine serait dégradée différemment, formerait moins d’inclusions nucléaires et causerait une moindre perte neuronale. La découverte de ces mécanismes permettrait d’ouvrir une nouvelle voie thérapeutique si des molécules capables de favoriser la phosphorylation de la protéine Huntingtine mutée et d’ainsi réduire sa « toxicité » étaient découvertes.
Partie 2 : Modèles animaux
Comme c’est le cas pour d’autres maladies génétique ou non génétique du système nerveux (sclérose latérale amyotrophique, maladie d’Alzheimer…), une meilleure compréhension de la pathologie et le développement de nouvelles approches thérapeutiques passent par l’utilisation de modèles animaux, le plus fréquemment chez les rongeurs, parfois chez le singe, le ver C. elegans ou la mouche drosophile.
Plus particulièrement, il existe différents modèles génétiques ou non génétiques, chez la souris et le rat, permettant d’appréhender les dysfonctions provoquées directement ou non par l’expression de la Huntingtine mutée. Ces modèles sont générés soit par l’expression transgénique de tout ou partie du gène de la Huntingtine mutée soit par l’administration systémique ou intracérébrale de neurotoxines à effets spécifiques. En ce qui concerne les modèles génétiques transgéniques, il en existe différents types selon la taille du fragment de la Huntingtine mutée introduite chez l’animal et l’endroit ou ce gène est introduit dans le génome. La première souris transgénique réalisée, la plus connue, et encore actuellement la plus utilisée, est appelée R6/2. Cette souris exprime de manière importante une partie courte de la Huntingtine comportant un nombre important de répétitions (>140). Elles présentent de fortes altérations motrices et cérébrales et sont à l’origine de la découverte de la présence des agrégats cellulaires chez les patients. L’espérance de vie de ces souris est de 10 à 13 semaines. Cette évolution courte permet des tests thérapeutiques rapides. Il existe également de nombreuses autres souches de souris transgéniques à évolution plus longue dont la lignée appelée N171-82Q dont l’élevage va être développé prochainement à l’ULB-Erasme (Laboratoire de Neurochirurgie Expérimentale et IRIBHM ; Drs Catherine Ledent et David Blum). Il est également possible de produire des rats ou des singes exprimant la Huntingtine mutée et démontrant des altérations cérébrales proches de la maladie en injectant dans leur cerveau des virus qui portent le gène muté. De manière tout à fait importante, les résultats obtenus chez le primate avec ce type d’approche montrent la présence de dysfonctionnements moteurs de type choréique ce qui n’est jamais observé chez les rongeurs. Dans ce cas on peut parler de modèle génétique « ectopique ». Il est en cours de développement par le groupe du Dr. Déglon à Lausanne et du Dr. Hantraye à Orsay.
Il existe également plusieurs modèles non génétiques de la maladie de Huntington. En particulier, l’un des plus fiable repose sur l’observation que l’activité énergétique des neurones chez les patients atteints de la maladie est fortement réduite même avant l’apparition des premiers symptômes. Cette altération est reproduite par l’injection systémique d’acide 3-nitropropionique, un inhibiteur de l’activité de la mitochondrie, la principale structure permettant la production d’énergie dans le neurone. L’administration chronique chez le rat ou le singe de cette molécule induit ainsi différentes altérations proches de celles observées dans la maladie de Huntington (chorées, dystonies, lésions striatales et corticales, altérations cognitives…). Un autre modèle de la maladie de Huntington a été élaboré récemment non plus chez le rongeur ou le primate mais chez un ver appelé Caenorhabditis elegans (C. elegans). Ce ver possède un arc réflexe simple réalisant un mouvement précis en réponse à la stimulation tactile de la queue, cet arc réflexe dépendant du bon fonctionnement de neurones servant de récepteurs au toucher. Le gène de l’Huntingtine peut être exprimé spécifiquement dans ces neurones et des gènes correspondant à une protéine Huntingtine plus ou moins longue (et donc plus ou moins toxique) peuvent être introduits. On observe que l’introduction de la protéine Huntingtine mutée se traduit par une insensibilité au toucher chez les animaux adultes jeunes ainsi que par des dépôts et des anomalies de l’aspect des axones de ces neurones servant de récepteurs au toucher. On peut alors évaluer si différents agents pharmacologiques sont capables d’atténuer ou de réverser ce dysfonctionnement neuronal (évalué par un réflexe anormal) in vivo.
Le champ d’application des différents modèles décrits ici est extrêmement large. Les modèles transgéniques sont indispensables à la compréhension des dysfonctionnements cellulaires induits par la huntingtine mutée. D’un point de vue préclinique, ces modèles sont largement à l’origine des différents essais cliniques réalisés ou en cours de réalisation (Coenzyme Q10, créatine, minocycline, greffes neuronales, facteurs de croissance…). Les modèles animaux de la maladie de Huntington, même s’ils peuvent paraître éloignés de la pathologie humaine, sont d’une importance capitale pour le développement de nouveaux traitements qu’ils soient pharmacologiques, génétiques ou cellulaires.
Conclusion
La compréhension des mécanismes de dysfonctionnement et de mort neuronale dans la maladie de Huntington a considérablement progressé ces dernières années grâce à la recherche fondamentale et notamment aux découvertes de la mutation causale et des effets toxiques de la protéine Huntingtine mutée sur la production d’énergie par la cellule et sur la synthèse protéique au sein de la cellule. Néanmoins jusqu’à présent cela a eu peu de traduction concrète pour le traitement ou la qualité de vie des patients qui en sont atteints. Ceci est dû d’une part à la difficulté de sélectionner les molécules les plus prometteuses (rôle des modèles animaux de la maladie de Huntington lors de cette étape) et d’autre part de réaliser des études thérapeutiques rigoureuses avec la molécule sélectionnée, études qui exigent actuellement de très grands groupes de patients suivis pendant une longue durée. Une étroite collaboration entre ces deux secteurs de la recherche fondamentale et de la recherche clinique est indispensable pour permettre de réaliser des études cliniques raisonnées qui permettront de proposer un traitement efficace aux patients atteints de maladie de Huntington.
Mille mercis aux Dr R. Hourez et Dr D. Blum pour cette synthèse de leurs interventions présentées lors de notre matinée d’information du 15 mars dernier au Centre Neurologique W. Lennox, qui avait rassemblé près d’une centaine de personnes. A cette occasion, nous en profitons pour les remercier plus généralement de leur intérêt et de leur collaboration constante en réponse aux différentes demandes de notre association.

Source: http://www.huntington.be/pdf/DEFI16_recherchefondamentale_hourezblum.pdf