Les bases moléculaires et cellulaires de la maladie de Parkinson
La maladie de Parkinson (MP) affecte >1% de la population âgée de plus de 65 ans. Présentemment, il y a plus de 100,000 personnes affectées au Canada et ce nombre va augmenter dû au vieillissement de la population dans les années à venir. La MP implique la mort des neurones dopaminergiques (DA) dans le mésencéphale, ce qui induit de graves déficits moteurs et fonctionnels. De plus, il apparaît de plus en plus clairement que la MP ne touche pas uniquement les neurones DA mais est bien plus étendue, impliquant des cellules dans le cerveau mais également à l'extérieur de celui-ci. Ces lésions non-DA précèdent souvent le dysfonctionnement des neurones DA et peuvent expliquer la multitude de symptômes non-moteurs chez les patients atteints de la MP. Malgré la disponibilité d'un traitement pour la MP, son efficacité diminue sur le long terme. La recherche biomédicale fondamentale nous donne l'espoir de développer un traitement plus définitif. Au cours des dernières années, la découverte de gènes responsables de formes familiales de la MP, a transformé ce qui était considéré jusqu'à la fin des années 1990 comme une “maladie environnementale” en une maladie cérébrale multi-génétique bien plus complexe.
Notre laboratoire a un intérêt de longue date pour la compréhension des fonctions moléculaires et cellulaires de ces gènes liés à la MP. Les mutations dans les gènes codant pour α-synucléine, leucine-rich repeat kinase 2 (LRRK2) et Vps35 causent des formes autosomales dominantes de la MP, alors que les mutations dans les gène codant pour parkin, PINK1, et DJ-1 causent des formes autosomales récessives de la MP. Bien que ces formes monogéniques ne représentent que ~5-10% de tous les cas de la MP, caractériser les mécanismes moléculaires et cellulaires impliqués reste une des stratégies les plus prometteuses pour comprendre la pathogénèse des formes sporadiques plus communes de la MP. Ci-dessous sont expliqués certains axes de recherche de notre laboratoire.
Axes de recherche :
- La protéine α-Synucléine dans la MP – des modèles murins aux criblages génétiques
- Modéliser la MP avec des cellules souches pluripotentes induites (CSPi)
- Étude de la fonction de Parkin et PINK1 dans la biologie mitochondriale
La protéine α-Synucléine dans la MP – des modèles murins aux criblages génétiques
Afin de comprendre comment les fibrilles formés par la protéine α-synucléine s'introduisent dans les cellules et se propagent, ainsi que les potentiels effets néfastes associés, nous produisons in vitro des fibrilles de α-synucléine pré-formés (FPF), en collaboration avec la Plateforme de Découverte de Médicaments en Phase Précoce, la Neuro-PDMPP, dirigée par le Dr. Durcan.
L'injection striatale de ces FPFs de α-synucléine induit des phénotypes se rapprochant de la MP chez les souris transgéniques M83. Ce modèle est utilisé dans notre laboratoire pour tester des molécules spécifiques comme agents thérapeutiques pour la MP.
Nous avons aussi développé de robustes essais d'internalisation des FPFs en cultures cellulaires, autant sur des lignées immortalisées que sur des cultures dérivées de cellules souches pluripotentes induites (CSPi). Ces essais peuvent être utilisés pour des criblages à haut débit, et, à l'aide d'un criblage basé sur la technique de CRISPR pangénomique, nous avons déjà identifié plusieurs gènes candidats qui pourraient être impliqués dans l'internalisation cellulaire de la α-synucléine.
Pour finir, en collaboration étroite avec la Neuro-PDMPP, nous produisons également des organoides mésencéphaliques dérivés de CSPi, afin d'étudier la propagation de la α-synucléine dans un environement cérébral en 3 dimensions.
Modéliser la MP avec des cellules souches pluripotentes induites (CSPi)
En collaboration avec la Plateforme de Découverte de Médicaments en Phase Précoce, la Neuro-PDMPP, dirigée par le Dr. Durcan, notre équipe développe des modèles de la MP en utilisant les CSPi. Nous avons accès à de nombreuses lignées dérivées d'individus sains ainsi que de patients atteints de la MP et portant différentes mutations génétiques associées à la maladie. Nous investissons aussi beaucoup d'effort dans la modification génétique de ces lignées de CSPi afin de générer des paires isogènes pour nos études.
Nous sommes capables de cultiver les CSPi et de les différentier en neurones dopaminergiques, corticaux ou moteurs, ainsi qu'en astrocytes ou cellules gliales, pour pouvoir étudier la pathogénèse de la MP dans des cultures en 2 dimensions. Nous travaillons aussi à co-cultiver les differents types cellulaires dérivés des CSPi en 2D. Enfin, nous produisons des organoides dérivés de CSPi avec ces types cellulaires variés, ce qui nous permet d'étudier les mécanismes pathologiques de la MP dans des environements cellulaires en 3 dimensions.
Étude de la fonction de Parkin et PINK1 dans la biologie mitochondriale
Notre laboratoire s'intéresse depuis longtemps à l'étude de la fonction de Parkin et PINK1 dans la biologie mitochondriale, ainsi qu'au rôle de la dysfonction mitochondriale dans la MP. Au fil des années, nous avons développé une réelle expertise dans le suivi de la dysfonction mitochondriale in vitro. Nous avons participé à la découverte et caractérisation de nouveaux mécanismes de contrôle qualité mitochondriaux, tels que les vésicules dérivées des mitochondries (VDMs). Nous avons également contribué à la meilleure compréhension de la structure et de la fonction de la protéine Parkin. Notre principal axe de recherche dans ce domaine est présentemment focalisé sur la biologie de la protéine PINK1 à la surface des mitochondries.
