Reproductibilité par normalisation coordonnée: étude multicentrique d'un modèle de gène génétique Shank2 pour les "troubles du spectre de l'autisme"

Aperçu: G.M.

Les résultats incohérents entre les laboratoires entravent les progrès scientifiques et préoccupent de plus en plus le public. Les différences d’environnement de laboratoire sont un facteur connu contribuant à une faible reproductibilité des résultats entre les sites de recherche, et des efforts multi-sites bien contrôlés constituent une prochaine étape importante pour identifier les facteurs pertinents nécessaires pour réduire la variation des résultats des études entre laboratoires. 

Grâce à l'harmonisation du dispositif, du protocole de test et des variables environnementales alignées et non alignées, la présente étude montre que les réponses pharmacologiques comportementales chez les rats Shank2 knock-out (KO), un modèle de dysfonctionnement synaptique lié aux troubles du spectre de l'autisme, étaient hautement reproductibles dans trois centres de recherches. 

Les trois sites ont observé de manière fiable un phénotype comportemental hyperactif et répétitif chez les rats KO par rapport à leurs compagnons de litière de type sauvage, ainsi qu'une atténuation du phénotype dose-dépendante après des injections aiguës d'un antagoniste sélectif de mGluR1. 

Ces résultats montrent que la reproductibilité dans les études précliniques peut être obtenue et souligne le besoin de méthodologies rigoureuses et de haute qualité pour la recherche scientifique. Compte tenu de la validité externe observée, la présente étude suggère également que mGluR1 soit une cible potentielle pour le traitement des "troubles du spectre de l'autisme".

Sci Rep. 2019 Aug 12;9(1):11602. doi: 10.1038/s41598-019-47981-0.

Reproducibility via coordinated standardization: a multi-center study in a Shank2 genetic rat model for Autism Spectrum Disorders

Arroyo-Araujo M¹, Graf R², Maco M³, van Dam E⁴, Schenker E⁵, Drinkenburg W⁶, Koopmans B⁷, de Boer SF¹, Cullum-Doyle M², Noldus LPJJ⁴, Loos M⁷, van Dommelen W⁴, Spooren W², Biemans B³, Buhl DL², Kas MJ^8,9.

Author information

1

Groningen Institute for Evolutionary Life Sciences, University of Groningen, Groningen, The Netherlands.

2

Neuroscience and Pain Research Unit, Pfizer Inc., Cambridge, MA, USA.

3

Roche Innovation Center Basel, Basel, Switzerland.

4

Noldus Information Technology BV, Wageningen, The Netherlands.

5

Institut de Recherches Servier, Croissy-sur-Seine, France.

6

Janssen Research & Development, Janssen Pharmaceutica NV, Beerse, Belgium.

7

Sylics Synaptologics BV, Amsterdam, The Netherlands.

8

Groningen Institute for Evolutionary Life Sciences, University of Groningen, Groningen, The Netherlands. m.j.h.kas@rug.nl.

9

Department of Translational Neuroscience, University Medical Center Utrecht, Utrecht, The Netherlands. m.j.h.kas@rug.nl.

Abstract

Inconsistent findings between laboratories are hampering scientific progress and are of increasing public concern. Differences in laboratory environment is a known factor contributing to poor reproducibility of findings between research sites, and well-controlled multisite efforts are an important next step to identify the relevant factors needed to reduce variation in study outcome between laboratories. Through harmonization of apparatus, test protocol, and aligned and non-aligned environmental variables, the present study shows that behavioral pharmacological responses in Shank2 knockout (KO) rats, a model of synaptic dysfunction relevant to autism spectrum disorders, were highly replicable across three research centers. All three sites reliably observed a hyperactive and repetitive behavioral phenotype in KO rats compared to their wild-type littermates as well as a dose-dependent phenotype attenuation following acute injections of a selective mGluR1 antagonist. These results show that reproducibility in preclinical studies can be obtained and emphasizes the need for high quality and rigorous methodologies in scientific research. Considering the observed external validity, the present study also suggests mGluR1 as potential target for the treatment of autism spectrum disorders.

PMID: 31406134

DOI: 10.1038/s41598-019-47981-0

Un rôle critique des protéines Shank2 spinales dans l'hypersensibilité à la douleur induite par NMDA

Aperçu: G.M.

Les comportements d'auto-mutilations (SIB) sont des traits dévastateurs du trouble du spectre de l"autisme (TSA). Bien que les déficits de la sensation de douleur puissent être l'un des facteurs qui sous-tendent le développement des SIB, les mécanismes n'ont pas encore été abordés.

La protéine synaptique Shank2 a été considérée comme un composant clé dans le TSA, et les mutations du gène SHANK2 induisent le dysfonctionnement des récepteurs N-méthyl-D-aspartate (NMDA), suggérant un lien entre les récepteurs Shank2 et NMDA dans les TSA, récepteurs qui jouent un rôle central dans l'hypersensibilité à la douleur.La protéine Shank2 est impliquée dans la douleur médiée par le récepteur NMDA spinale, et les mutations de Shank2 peuvent supprimer la signalisation NMDA-ERK dans la transmission de la douleur spinale.

Mol Pain. 2017 Jan;13:1744806916688902. doi: 10.1177/1744806916688902.

A critical role of spinal Shank2 proteins in NMDA-induced pain hypersensitivity

Yoon SY^1,2, Kwon SG³, Kim YH^1,2,4, Yeo JH³, Ko HG⁵, Roh DH³, Kaang BK^5,6, Beitz AJ⁷, Lee JH^8,9, Oh SB^1,2.

Author information

Abstract

Background Self-injurious behaviors (SIBs) are devastating traits in autism spectrum disorder (ASD). Although deficits in pain sensation might be one of the contributing factors underlying the development of SIBs, the mechanisms have yet to be addressed. Recently, the Shank2 synaptic protein has been considered to be a key component in ASD, and mutations of SHANK2 gene induce the dysfunction of N-methyl-D-aspartate (NMDA) receptors, suggesting a link between Shank2 and NMDA receptors in ASD. Given that spinal NMDA receptors play a pivotal role in pain hypersensitivity, we investigated the possible role of Shank2 in nociceptive hypersensitivity by examining changes in spontaneous pain following intrathecal NMDA injection in S hank2-/- ( Shank2 knock-out, KO) mice. Results Intrathecal NMDA injection evoked spontaneous nociceptive behaviors. These NMDA-induced nociceptive responses were significantly reduced in Shank2 KO mice. We also observed a significant decrease of NMDA currents in the spinal dorsal horn of Shank2 KO mice. Subsequently, we examined whether mitogen-activated protein kinase or AKT signaling is involved in this reduced pain behavior in Shank2 KO mice because the NMDA receptor is closely related to these signaling molecules. Western blotting and immunohistochemistry revealed that spinally administered NMDA increased the expression of a phosphorylated form of extracellular signal-regulated kinase (p-ERK) which was significantly reduced in Shank2 KO mice. However, p38, JNK, or AKT were not changed by NMDA administration. The ERK inhibitor, PD98059, decreased NMDA-induced spontaneous pain behaviors in a dose-dependent manner in wild-type mice. Moreover, it was found that the NMDA-induced increase in p-ERK was primarily colocalized with Shank2 proteins in the spinal cord dorsal horn. Conclusion Shank2 protein is involved in spinal NMDA receptor-mediated pain, and mutations of Shank2 may suppress NMDA-ERK signaling in spinal pain transmission. This study provides new clues into the mechanisms underlying pain deficits associated with SIB and deserves further study in patients with ASD.

PMID: 28326932

DOI: 10.1177/1744806916688902

De nouveaux résultats soulignent l'importance des gènes synaptiques dans l'autisme

Merci aux responsables du CNRS qui nous autorisent à diffuser l'information suivante reprise sur le site du CNRS

L'autisme, nommé grande cause nationale, sera un sujet d'actualité en France pendant toute l'année 2012. Paradoxalement ce syndrome, et surtout ses origines, restent mal connus. Une étude, publiée le 9 février 2012 dans Public Library of Science - Genetics, démontre que des mutations génétiques perturbant la communication entre les neurones seraient directement impliquées dans la maladie. Ces nouveaux résultats confirment l'origine neurobiologique des troubles du spectre autistique. 

Ils sont le fruit d'une collaboration entre des chercheurs de l'Institut Pasteur, du CNRS, de l'Inserm, et de l'AP-HP, avec l'université Paris Diderot, l'hôpital Robert Debré (AP-HP), le Centre Gillberg de Neuropsychiatrie (Suède), l'université d'Ulm (Allemagne), le Centre National de Génotypage du CEA, et la Fondation FondaMental.

Les troubles du spectre autistique (TSA) sont un groupe hétérogène de maladies du développement neurologique dont les origines génétiques sont mal connues. Des mutations dans plus d'une centaine de gènes ont déjà été associées aux TSA, mais il est difficile d'évaluer leurs rôles précis dans les fonctions neurales et de hiérarchiser leur importance relative. Les analyses génétiques menées à l'institut Pasteur ont permis de mettre en évidence de nouvelles mutations dans le gène SHANK2, allant jusqu'à la perte totale d'une copie du gène SHANK2 chez certains patients. Le gène SHANK2 code une protéine localisée au niveau des synapses, les points de contact et de communication entre les neurones.

Les chercheurs ont montré dans des cultures de neurones que les mutations du gène SHANK2 sont associées à une diminution du nombre de synapses et donc à une altération de la communication entre les neurones. D'autre part, des analyses plus fines réalisées sur les 3 patients chez qui une copie de ce gène manquait, ont mis en évidence d'autres anomalies chromosomiques, rares, mais déjà associées à d'autres maladies neuropsychiatriques.

"L'ensemble de ces résultats souligne l'importance cruciale des gènes synaptiques dans les troubles du spectre autistique," explique le Pr Thomas Bourgeron, chef de l'unité Institut Pasteur-CNRS de génétique humaine et fonctions cognitives. "D'autre part, ils pointent vers l'existence de gènes modificateurs qui pourraient moduler les symptômes que nous regroupons sous le nom de TSA."

Ces résultats représentent une confirmation importante du rôle des mutations génétiques dans le déclenchement et l'évolution de l'autisme. Des analyses plus approfondies seront nécessaires pour décrire plus précisément le rôle de ces altérations ainsi que leurs interactions.

Références :

Genetic and Functional Analyses of SHANK2 Mutations Suggest a Multiple Hit Model of Autism Spectrum Disorders

Claire S Leblond1,2,3, Jutta Heinrich4, Richard Delorme1,2,5, Christian Proepper4, Catalina Betancur6,7,8, Guillaume Huguet1,2,3, Marina Konyukh1,2,3, Pauline Chaste1,2,3, Elodie Ey1,2,3, Maria Rastam9, Henrik Anckarsäter10, Gudrun Nygren11, I. Carina Gillberg11, Jonas Melke12, Roberto Toro1,2,3, Beatrice Regnault13, Fabien Fauchereau1,2,3, Oriane Mercati1,2,3, Nathalie Lemière1,2,3, David Skuse14, Martin Poot15, Richard Holt16, Anthony P Monaco16, Irma Järvelä17, Katri Kantojärvi17, Raija Vanhala17, Sarah Curran18, David A Collier19, Patrick Bolton18,19, Andreas Chiocchetti20, Sabine M. Klauck20, Fritz Poustka21, Christine M. Freitag21, Regina Waltes21, Marnie Kopp21, Eftichia Duketis21, Elena Bacchelli22, Fiorella Minopoli22, Liliana Ruta23, Agatino Battaglia24, Luigi Mazzone25, Elena Maestrini22, Ana F. Sequeira26,27,28, Barbara Oliveira26,27,28, Astrid Vicente26,27,28, Guiomar Oliveira29, Dalila Pinto30, Stephen W Scherer30, Diana Zelenika31, Marc Delepine31, Mark Lathrop31, Dominique Bonneau32,33, Vincent Guinchat34, Françoise Devillard35, Brigitte Assouline34, Marie-Christine Mouren5, Marion Leboyer36,37,38, Christopher Gillberg11,39, Tobias M Boeckers4 and Thomas Bourgeron1,2,3*

1.  Human Genetics and Cognitive Functions, Institut Pasteur, Paris, France 
2. CNRS URA 2182 'Genes, synapses and cognition', Institut Pasteur, Paris, France
3. University Paris Diderot, Paris, France
4. Institute of Anatomy and Cell Biology, Ulm University, 89081 Ulm, Germany
5. Assistance Publique-Hôpitaux de Paris, Robert Debré Hospital, Department of Child and Adolescent Psychiatry, Paris, France
6. INSERM, U952, Paris, France
7. CNRS, UMR 7224, Paris, France
8. UPMC Univ Paris 06, Paris, France
9. Department of Clinical Sciences in Lund, Lund University, Lund, Sweden
10. Institute of Clinical Sciences, Lund University, Malmö, Sweden
11. Gillberg Neuropsychiatry Centre. University of Gothenburg, Göteborg, Sweden 
12. Institute of Neuroscience and Physiology, Department of Pharmacology, Gothenburg University, Sweden.
13. Eukaryote Genotyping Platform. Genopole. Institut Pasteur, Paris, France
14. Behavioural and Brain Sciences Unit, Institute of Child Health, University College London, UK
15. Department of Medical Genetics, University Medical Center Utrecht, Utrecht, NL
16. Wellcome Trust Centre for Human Genetics, University of Oxford, Oxford, UK
17. Department of Medical Genetics, University of Helsinki, Helsinki, Finland
18. Academic Department of Child & Adolescent Psychiatry, Institute of Psychiatry, King's College London, UK
19. Social Genetic Developmental Psychiatry Centre, Institute of Psychiatry, King's College London, UK
20. Division of Molecular Genome Analysis, German Cancer Research Center (DKFZ), Heidelberg, Germany
21. Department of Child and Adolescent Psychiatry, Psychosomatics and Psychotherapy, Goethe University, Frankfurt am Main, Germany
22. Department of Biology, University of Bologna, Italy
23. Division of Child Neurology and Psychiatry, Department of Paediatrics, University of Catania, Catania, Italy
24. Stella Maris Clinical Research Institute for Child and Adolescent Neuropsychiatry, Calambrone (Pisa), Italy
25. Division of Child Neurology and Psychiatry, Department of Pediatrics, University of Catania, Catania, Italy
26. Instituto Nacional de Saude Dr Ricardo Jorge, Lisbon, Portugal
27. Instituto Gulbenkian de Ciencia, Oeiras, Portugal
28. Center for Biodiversity, Functional and Integrative Genomics, Campus da FCUL, Lisboa, Portugal
29. Unidade Neurodesenvolvimento e Autismo, Centro Investigação e Formação Clinica, Hospital Pediátrico Coimbra e Faculdade Medicina, Universidade Coimbra, Portugal
30. The Centre for Applied Genomics and Program in Genetics and Genomic Biology, The Hospital for Sick Children, Toronto, Canada
31. Centre National de Génotypage, Evry, France
32. INSERM U771 and CNRS 6214, Angers, F-49000, France
33. Département de Biochimie et Génétique, Centre Hospitalier Universitaire, Angers, F-49000 France
34. CADIPA - Centre de Ressources Autisme Rhône-Alpes, Saint Egrève, France
35. Genetics Department, Hôpital Couple-Enfant, Grenoble, France
36. INSERM, U955, Psychiatrie Génétique, Créteil, 94000, France
37. Université Paris Est, Faculté de Médecine, Créteil, France
38. AP-HP, Hôpital H. Mondor - A. Chenevier, Département de Psychiatrie, Créteil, 94000, France
39. Institute of Child Health, University College London, London, UK