Un nouveau composant du sang révélé
| 20 JANV. 2020 - 11H12 | PAR INSERM (SALLE DE PRESSE)

CANCER

Le sang que l’on pensait si bien connaître contiendrait-il en fait des éléments jusque-là indétectables ? C’est ce que montrent les travaux d’une équipe de chercheurs de l’Inserm, de l’Université de Montpellier et de l’Institut du Cancer de Montpellier (ICM) au sein de l’Institut de recherche en cancérologie de Montpellier, qui pour la première fois ont mis en évidence la présence dans la circulation sanguine de mitochondries complètes et fonctionnelles. Ces organites responsables de la respiration des cellules n’étaient jusqu’à présent retrouvés hors de ces dernières que dans des cas très particuliers. Ces résultats parus dans The FASEB Journal apportent des connaissances inédites en physiologie et ouvrent la voie à de nouvelles pistes thérapeutiques.

Les mitochondries sont des organites situés dans les cellules eucaryotes. Lieu de la respiration cellulaire, elles sont les “batteries” des cellules et jouent un rôle majeur dans le métabolisme énergétique et la communication intercellulaire. Elles ont la particularité de posséder leur propre génome, transmis uniquement par la mère et distinct de l’ADN contenu dans le noyau. Les mitochondries peuvent parfois être observées hors des cellules sous forme de fragments encapsulés dans des microvésicules. Dans certaines conditions très spécifiques les plaquettes sont également capables de libérer des mitochondries intactes dans l’espace extracellulaire.

Les travaux d’une équipe de recherche dirigée par le chercheur Inserm Alain R. Thierry à l’Institut de recherche en cancérologie de Montpellier (Inserm/Université de Montpellier/Institut du Cancer de Montpellier) viennent aujourd’hui bouleverser les connaissances sur cet organite, en révélant que des mitochondries extracellulaires, complètes et fonctionnelles, se trouvent en fait en circulation… dans le sang !

Les chercheurs se sont appuyés sur des résultats antérieurs ayant montré que le plasma sanguin d’un individu en bonne santé contenait jusqu’à 50 000 fois plus d’ADN mitochondrial que d’ADN nucléaire. Ils ont posé l’hypothèse que, pour qu’il soit ainsi détectable et quantifiable dans le sang, l’ADN mitochondrial devait y être protégé par une structure suffisamment stable. Afin d’identifier cette dernière, une centaine d’échantillons de plasma sanguin ont été analysés.
Ces analyses ont révélé la présence dans la circulation sanguine de structures hautement stables contenant des génomes mitochondriaux entiers. Après examen de leur taille, de leur densité ainsi que de l’intégrité de l’ADN mitochondrial qu’elles contenaient, ces structures observées en microscopie électronique (jusqu’à 3,7 millions par ml de plasma sanguin) se sont révélées être des mitochondries intactes et fonctionnelles.

Tout au long de ces travaux qui ont nécessité 7 ans de recherche, un maximum de possibilités techniques et méthodologiques ont été utilisées pour valider cette présence dans le sang de mitochondries extracellulaires circulantes.

« Lorsque l’on considère le nombre élevé de mitochondries extracellulaires que nous avons trouvées dans le sang, on peut se demander pourquoi cela n’a pas été découvert auparavant, note Alain R. Thierry. Notre équipe a accumulé une expertise dans la détection spécifique et sensible d’ADN dans le sang en travaillant notamment sur la fragmentation de l’ADN extracellulaire dérivé des mitochondries », ajoute-t-il.
Mais quel rôle tiennent ces mitochondries extracellulaires ? La réponse pourrait être liée à la structure de l’ADN mitochondrial, similaire à celle de l’ADN bactérien, ce qui lui confère la capacité d’induire des réponses immunitaires et inflammatoires. Partant de ce constat, les chercheurs avancent l’hypothèse que ces mitochondries circulantes pourraient être impliquées dans de nombreux processus physiologiques et/ou pathologiques nécessitant une communication entre les cellules (comme les mécanismes d’inflammation par exemple). En effet, des études récentes ont démontré la capacité de certaines cellules à échanger des mitochondries entre elles, comme par exemple les cellules souches avec des cellules endommagées. « Les mitochondries extracellulaires pourraient effectuer plusieurs tâches en tant que messager pour l’ensemble de l’organisme », précise Alain R. Thierry.

En plus de son importance pour les connaissances en physiologie, cette découverte pourrait conduire à une amélioration du diagnostic, du suivi ou du traitement de certaines maladies. En effet, l’équipe de recherche se penche à présent sur l’évaluation des mitochondries extracellulaires en tant que biomarqueurs dans le diagnostic prénatal non invasif et le cancer.

Ces travaux bénéficient du soutien du SIRIC Montpellier Cancer (Inserm/CNRS/Université de Montpellier/Institut du Cancer de Montpellier/CHU de Montpellier/Université Paul Valéry) financé par l’Inserm, l’INCa et la DGOS.

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Philippe Bousso observe la danse du système immunitaire

Philippe Bousso utilise des techniques d’imagerie très poussées pour observer les réactions du système immunitaire, en direct sur des animaux vivants. Un financement du Conseil européen de la recherche (ERC Starting Grant) lui a permis de décrire de nombreux mécanismes associés à des processus tels que ceux mis en jeu lors de traitements anticancéreux, de greffes ou encore d’infections cutanées.


Observer en direct et in vivo la valse du système immunitaire en cas d’infection ou de cancer : telle est la performance de Philippe Bousso. Tout à commencer au cours de son post-doc à l’université de Berkeley, aux Etats-Unis. Ce diplômé de l’école Polytechnique, docteur en immunologie, a alors l’idée originale de filmer les réponses immunitaires en direct, sur des modèles vivants, pour mieux les étudier. "Jusque-là, les chercheurs avaient le choix entre l’observation in vitro, ou alors in vivo mais de façon ponctuelle, après avoir euthanasié l’animal pour récupérer l’organe à étudier. Dans tous les cas, le milieu naturel était sacrifié. Or, on sait bien que le comportement des cellules change selon leur environnement", rappelle le chercheur. Avec l’équipe du laboratoire, il se met donc au travail pour mettre au point des protocoles d’imagerie biphotonique permettant de visualiser en temps réel les réponses immunitaires dans les organes d’animaux simplement endormis.
À son retour en France, en 2005, le jeune chercheur remporte un appel d’offre lui permettant de monter sa propre équipe autour de cette nouvelle technique d’observation, à l’Institut Pasteur. Sur la base de premiers résultats, il monte une demande de financement auprès du Conseil européen de la recherche (ERC). En 2010, il obtient un Starting Grant de près d’un million cinq cent mille euros sur cinq ans : son projet vise à étudier les lymphocytes T et les cellules Natural Killers impliquées dans les réponses aux infections et aux cancers. Il utilise des modèles animaux de leishmaniose, maladie causée par une infection parasitaire, et d’autres modèles de tumeurs solides et de lymphomes
lymphomes
Cancer du système lymphatique qui se développe aux dépens de lymphocytes.
.
Des travaux très productifs et un second financement pour les poursuivre
Philippe Bousso et son équipe décrivent alors les mouvements et les interactions de ces cellules, mais également leurs moyens de communication dans ces différentes situations. En cinq ans, les travaux sont très productifs, avec une vingtaine de publications à la clé. Ils ont par exemple permis de :
*         découvrir le mode d’action d’une immunothérapieimmunothérapieTraitement qui consiste à administrer des substances qui vont stimuler les défenses immunitaires de l’organisme, ou qui utilise des protéines produites par les cellules du système immunitaire (comme les immunoglobulines).

(anti-CD20) dirigée contre le lymphome,
*         comprendre pourquoi des greffes de cellules souches hématopoïétiques pouvaient entrainer une maladie du greffon contre l’hôtemaladie du greffon contre l’hôteComplication grave qui survient suite à une greffe de moelle osseuse, lorsque les cellules immunitaires du donneur se mettent à attaquer l’organisme du receveur.

dans certains organes,
*         identifier un mécanisme responsable du rejet de greffe,
*         décrire comment les cytokinescytokinesSubstance synthétisée par certaines cellules du système immunitaire, agissant sur d'autres cellules immunitaires pour en réguler l'activité. 

se propagent pour contrôler une infection parasitaire dans la peau.
Mais cinq années sont vite écoulées et le chercheur souhaite aller plus loin. En 2016, il décide donc de soumettre un nouveau dossier à l’ERC. Cette fois, il entend provoquer des situations immunitaires non naturelles pour observer leurs effets en cas d’infection ou de cancer. "Nous allons manipuler les cellules immunitaires en même temps qu’on les observe grâce à la combinaison de techniques d’optogénétique et d’imagerie. L’optogénétique permet de modifier génétiquement des cellules, pour pouvoir commander certaines fonctions en les exposant à la lumière, précise-t-il. Cela permettra de progresser dans la compréhension des mécanismes immunitaires, et aussi peut être, dans un second temps, de découvrir des nouvelles pistes thérapeutiques". L’ERC vient de donner son accord pour ce second projet.
"Les financements de l’ERC offrent une réactivité unique qui permet de recruter rapidement des jeunes chercheurs de qualité pour travailler ensemble pendant plusieurs années. C’est vraiment un luxe ! La garantie financière qu’ils offrent permet par ailleurs de se consacrer pleinement au laboratoire et d’être proche des résultats au lieu de courir après d’autres sources de financement. Cela offre un avantage compétitif pour publier rapidement. Ces financements sont donc profitables non seulement pour celui qui en fait la demande, mais aussi pour les jeunes chercheurs. Dans mon équipe, deux d’entre eux ont pu ensuite monter leur propre laboratoire", illustre Philippe Bousso.

Pour en savoir plus sur Philippe Bousso et ses travaux
Philippe Bousso dirige l’équipe Dynamique des réponses immunes au sein de l’unité 1223 Inserm/Institut Pasteur.

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Un nouveau réseau cérébral relié à la douleur chronique dans la maladie de Parkinson

COMMUNIQUÉ | 31 AOÛT 2018 - 10H00 | PAR INSERM (SALLE DE PRESSE)
NEUROSCIENCES, SCIENCES COGNITIVES, NEUROLOGIE, PSYCHIATRIE


Des chercheurs de l’Inserm et de l’Université Grenoble Alpes ont révélé un nouveau réseau cérébral qui relie la douleur ressentie dans la maladie de Parkinson à une région spécifique du cerveau. Ces travaux, parus dans la revue eLife, révèlent qu’un sous-ensemble de neurones situé dans une partie du cerveau appelée noyau sous-thalamique serait une cible potentielle pour soulager la douleur dans la maladie de Parkinson, ainsi que dans d’autres maladies comme la démence, la sclérose latérale amyotrophique, la maladie de Huntington, et certaines formes de migraine.                                                    
Les personnes atteintes de la maladie de Parkinson font souvent état de douleurs inexpliquées telles que des sensations de brûlure, de coup de poignard, de démangeaisons ou de fourmillements, qui ne sont pas directement liées aux autres symptômes de la maladie. Le traitement par stimulation cérébrale profonde du noyau sous-thalamique peut aider à réduire les symptômes liés aux mouvements dans la maladie de Parkinson. Des études récentes ont cependant montré que ce traitement atténue également la douleur, mais sans pouvoir à ce jour mettre en lumière les mécanismes impliqués. C’est sur cette question que se sont penchés des chercheurs de l’Inserm et de l’Université Grenoble Alpes au sein de l’Unité 1216 Grenoble Institut des neurosciences.
« Dans cette étude, nous avons cherché à déterminer si le noyau sous-thalamique intervient dans la traduction d’un stimulus nuisible (par exemple une lésion) en douleur, et si cette transmission de l’information est altérée dans la maladie de Parkinson, » explique Arnaud Pautrat, doctorant à l’université Grenoble-Alpes et chercheur principal de l’étude.
L’équipe a commencé par utiliser l’électrophysiologie pour mesurer le déclenchement de signaux électriques dans les cellules nerveuses du noyau sous-thalamique de rats recevant un choc dans la patte postérieure. Les cellules nerveuses apparaissaient temporairement activées par cette stimulation. Les chercheurs ont également découvert que les neurones se divisaient en trois catégories de réponses par rapport à la vitesse de déclenchement de base : une hausse, une baisse ou un maintien de la vitesse.
L’équipe a ensuite cherché à savoir si ces réponses provoquaient une modification de la fonction cérébrale. Les rats au noyau sous-thalamique endommagé ont mis beaucoup plus de temps pour montrer des signes d’inconfort que les rats sains. Lorsqu’ils ont élargi leur étude au modèle du rat dans la maladie de Parkinson, les chercheurs ont découvert que les cellules nerveuses du noyau sous-thalamique présentaient des vitesses de déclenchement plus élevées et que les réponses à la douleur étaient plus importantes et plus longues que chez les animaux sains. L’ensemble de ces résultats suggère que la douleur associée à la maladie de Parkinson serait due à un dysfonctionnement des voies du traitement de la douleur dans le noyau sous-thalamique.
Pour comprendre d’où proviennent les signaux de la douleur envoyés au noyau sous-thalamique, l’équipe s’est intéressée à deux structures cérébrales connues pour leur importance dans la transmission de signaux de lésions depuis la moelle épinière : le colliculus supérieur et le noyau parabrachial. En bloquant leur activité, les chercheurs ont observé que ces deux structures jouaient un rôle déterminant dans la transmission des informations de la douleur au noyau sous-thalamique, et qu’une voie de communication directe existe entre le noyau parabrachial et le noyau sous-thalamique. Dans le cas de la maladie de Parkinson, cette voie de communication pourrait donc intervenir dans les effets bénéfiques sur la douleur de la stimulation cérébrale. Ces nouvelles données pourraient aider à orienter la stimulation sur des parties spécifiques du cerveau pour augmenter l’efficacité de ses effets antalgiques.
« Les résultats que nous avons obtenus mettent en évidence que le noyau sous-thalamique est relié de manière fonctionnelle à un réseau de traitement de la douleur et que ces réponses sont affectées dans le syndrome parkinsonien, » conclut Véronique Coizet, chercheuse Inserm et directrice de l’étude. « Il faut maintenant effectuer d’autres expériences pour caractériser précisément les effets, qui ont été observés avec nos modèles expérimentaux, de la stimulation cérébrale profonde sur cette région du cerveau, afin de trouver les moyens d’optimiser cette stimulation en tant que traitement de la douleur induite par la maladie de Parkinson et par d’autres maladies neurologiques. »

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Elaboration et validation de l’iBox, le premier outil universel de prédiction du risque de perte de rein greffé basé sur l’intelligence artificielle.

COMMUNIQUÉ | 17 SEPT. 2019 - 14H30 | PAR INSERM (SALLE DE PRESSE)

PHYSIOPATHOLOGIE, MÉTABOLISME, NUTRITION

Des équipes de deux centres majeurs de transplantation rénale de l’AP-HP (à l’hôpital Necker-Enfants malades et à l’hôpital Saint-Louis) et de l’Université de Paris, ont coordonné, au sein du « Centre d’expertise de la transplantation d’organe » de l’unité Inserm 970 dirigé par le Pr Alexandre Loupy, une étude internationale ayant permis d’élaborer et de valider iBox, le premier algorithme universel de prédiction du risque de perte de rein greffé. Cet outil de prédiction individuel du risque de perte de greffon, qui est délivré aux praticiens, permet d’améliorer non seulement le suivi des patients, mais aussi d’optimiser le développement de nouveaux traitements immunosuppresseurs, en réduisant significativement la durée des essais cliniques.
Ces travaux, qui ont été menés en collaboration avec huit centres de transplantation en France (Suresnes (hôpital Foch), Toulouse, Nantes et Lyon), en Belgique (Louvain) et aux Etats-Unis (John Hopkins Medical Institute, Mayo Clinic & University of Virginia), ont été publiés le 17 septembre 2019 sur le site de la revue The British Medical Journal.

La maladie rénale chronique touche une personne sur dix dans le monde et est en croissance constante. Bien que la transplantation rénale est privilégiée dans le traitement de l’insuffisance rénale chronique terminale, environ 55% des patients sont encore traités par dialyse. Cette dernière représente un coût annuel de 2,6 milliards d’euros en France et de 42 milliards de dollars aux Etats-Unis. Par ailleurs, le taux de rejet tardif de greffons suite à une transplantation rénale est encore aussi élevé qu’en 1999.
Les organismes de réglementation, l’European Medicines Agency (EMA) et la Food and Drug Administration (FDA) notamment, ont souligné la nécessité de développer un outil robuste qui puisse prédire la survie à long terme du greffon. Un tel outil faciliterait les interventions thérapeutiques, la prise de décisions cliniques et les essais cliniques, dans ce domaine où les besoins sont importants.
Des équipes de l’hôpital Necker-Enfants malades AP-HP, de l’hôpital Saint-Louis AP-HP et de l’Université de Paris, ont mené, au sein du « Centre d’expertise de la transplantation d’organe » de l’unité Inserm U970, un important travail collaboratif qui a permis d’inclure les paramètres cliniques, histologiques, immunologiques et fonctionnelles de 7.500 patients suivis sur plus de dix ans après la transplantation rénale, en Europe et aux Etats-Unis.

Les équipes ont identifié huit des paramètres associés au risque de perte de greffon dans les dix ans suivant la greffe. Ces travaux ont permis de générer iBox, un algorithme de prédiction du risque pour chaque patient. Ce dernier a été testé et validé sur 3.557 patients recrutés en France, en Belgique et aux Etats-Unis. Ces modèles ont ensuite été intégrés dans un logiciel pour fournir aux praticiens un outil d’aide à la décision médicale utilisable au lit du patient et dans les scénarios les plus courants rencontrés en transplantation.

« En optimisant la prise de décision médicale, l’utilisation d’iBox pourrait avoir un impact important non seulement sur la qualité de vie de chaque patient, mais aussi sur la survie à long terme des greffons, » explique le Pr Alexandre Loupy, néphrologue à l’hôpital Necker-Enfants malades AP-HP et directeur du « Centre d’expertise de la transplantation d’organe » au sein de l’unité Inserm 970. Il ajoute également que « Cet outil, qui sera déployé fin 2019 dans deux centres pilotes de l’AP-HP, illustre parfaitement le potentiel de l’utilisation d’algorithmes et de l’intelligence artificielle dans le domaine des transplantations d’organes.»
« L’application de l’IBox va bien au-delà de la greffe rénale car les résultats prometteurs sur le rein sont actuellement en cours de validation en transplantation cardiaque et dans la maladie cardiovasculaire ». souligne le Pr Xavier Jouven, Chef du pôle cardiovasculaire à l’hôpital européen Georges Pompidou, AP-HP ainsi que de l’équipe « Epidémiologie intégrative » au sein de l’unité Inserm U970.
Son utilisation sur les données d’essais cliniques de différents traitements en transplantation rénale a permis aux équipes de conclure à la fiabilité des prédictions d’iBox quels que soient le système de santé, la situation clinique ou le traitement suivi par le patient avec un gain de plus de six années en moyenne dans le développement de médicaments immunosuppresseurs.

Les variables utilisées dans iBox sont facilement accessibles après transplantation. iBox est donc adaptable à la pratique clinique courante, et pourrait être déployé, à l’échelle internationale, dans la majorité des centres de greffe rénale. Une prochaine étape serait d’inclure l’utilisation d’iBox de façon automatique dans les dossiers médicaux électroniques.
La recherche clinique en transplantation est très réduite, essentiellement parce que l’indicateur de succès de toute nouvelle thérapie est l’allongement de la durée médiane de vie des greffons, aujourd’hui de sept ans.
En permettant de prédire le devenir à long terme d’un greffon de manière fiable, l’utilisation de l’iBox pourrait aussi réduire la durée des études et ainsi relancer les essais cliniques en transplantation en réduisant significativement leur coût.
 

Le Centre d’expertise de la transplantation multiorgane est une équipe de recherche Inserm labellisée comportant un  réseau actif spécialisé dans la transplantation d’organe qui regroupe des médecins et des professeurs des grands hôpitaux parisiens, des immunologistes, des pathologistes, des épidémiologistes, des statisticiens et des mathématiciens. Son objectif est d’accélérer l’application des découvertes dans le domaine clinique de la transplantation, afin de faciliter le passage de la science fondamentale à la recherche biomédicale appliquée. Il vise à développer une approche personnalisée de la médecine des transplantations qui intégrera des informations multidimensionnelles issues des différentes spécialités. Plus d’informations sur www.paristransplantgroup.org/

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