Disease Modeling Using Embryonic Stem Cells: MeCP2 Regulates Nuclear Size and RNA Synthesis in Neurons

Traduction: G.M.  

La modélisation de la maladie utilise des cellules souches embryonnaires: MeCP2 régule la taille du noyau et la synthèse d'ARN dans les neurones 

Yazdani M, Deogracias R, Guy J, Poot RA, Bird A, Barde YA 

Source 

Biozentrum, University of Basel, 4056 Basel, Switzerland 

Résumé  

Des mutations dans le gène codant pour la protéine méthyl-CpG-binding MECP2 sont la principale cause de syndrome de Rett, un trouble du spectre autistique qui touche principalement les jeunes femmes. 

MeCP2 est une abondante protéine associée à la chromatine, mais quand et comment son absence commence à altérer le fonctionnement du cerveau est encore loin d'être clair. En utilisant un système à base de cellules souches permettant la différenciation synchrone de progéniteurs neuronaux, nous avons constaté que, en l'absence de MeCP2, la taille des noyaux des neurones ne parvient pas à augmenter à des taux normaux cours de la différenciation. Ceci est accompagné par une diminution marquée du taux d'incorporation ribonucléotide, indiquant un rôle précoce de MeCP2 dans la régulation de la transcription des gènes, ne se limite pas aux mRNAs sélectionnés. 

Nous avons également constaté que les niveaux du facteur neurotrophique dérivé du cerveau (BDNF) ont diminué dans les neurones mutants, tandis que ceux de la protéine pré-synaptique Synaptophysin ont augmenté à des taux similaires dans les neurones libres et mutants. 

En revanche, la taille du noyau, les taux de transcription et les niveaux de BDNF sont restés inchangés dans les astrocytes en l'absence de MeCP2. 

La re-expression de MeCP2 dans les neurones mutants restaure la taille phénotypique du noyau, ainsi que les niveaux de BDNF.  

Ces résultats révèlent un nouveau rôle de MeCP2 dans la régulation de la synthèse totale de l'ARN dans les neurones au cours de leur maturation, en rapport avec les récentes recherches indiquant une taille réduite du noyau dans les neurones du cerveau en développement de souris dépourvues de Mecp2.

Hand stereotypies distinguish Rett syndrome from autism disorder

Traduction G.M.  

Les stéréotypies des mains distinguent le syndrome de Rett du syndrome autistique 

Goldman S , T Temudo .  

Source 

Saul Korey R. Département de neurologie, Albert Einstein College of Medicine, Bronx, New York, USA; Département de pédiatrie, Albert Einstein College of Medicine, Bronx, New York, USA; Rose F. Kennedy Center for Research in Mental Retardation et humaines développement, Albert Einstein College of Medicine, Bronx, New York, Etats-Unis. sylviegold@aol.com.  

CONTEXTE 

Le syndrome de Rett Syndrome (RTT) et l'autisme (SA) sont 2 troubles du développement neurologique de début de la vie qui partagent des caractéristiques phénotypiques, dont l'un est la stéréotypie des mains. Distinguer le RTT du SA représente souvent un défi, et compte tenu de leurs spécificités à long terme des pronostics, ce problème peut avoir de profondes implications. Avec les progrès de tests génétiques, la contribution des manifestations cliniques du RTT distinctives de l'AD a été négligée.  

MÉTHODES 

Une comparaison des stéréotypies des mains chez 20 enfants avec RTT et 20 avec AD a été réalisée en utilisant des analyses détaillées des observations filmées standardisés.  

Résultats

Des différences frappantes ont été observées entre RTT et les enfants SA. Dans RTT, stéréotypies des mains sont majoritairement complexes, continues, localisées à la ligne médiane du corps, et impliquant la mise en bouche. Inversement, chez les enfants SA, les stéréotypies des mains sont simples, bilatérales, intermittentes, et impliquant souvent des objets.  

CONCLUSIONS

 Ces résultats fournissent d'importants signes cliniques utiles pour le diagnostic différentiel de RTT par rapport SA, surtout quand les tests génétiques pour les RTT ne sont pas en option.

Rett syndrome: genes, synapses, circuits, and therapeutics

Traduction: G.M. 

Le syndrome de Rett: gènes, synapses, circuits, et thérapies. 

Banerjee A, Castro J, Sur M.  

Source 

Department of Brain and Cognitive Sciences, Picower Institute for Learning and Memory, Massachusetts Institute of Technology Cambridge, MA, USA. 

 Accès à l'intégralité du texte en version originale (anglais)  

Résumé 

Le développement du système nerveux se déroule à travers un ensemble de points de contrôle complexes qui se posent à partir d'une combinaison de l'expression séquentielle des gènes et au début de l'activité neuronale sculptée par l'environnement. Les atteintes génétiques et environnementaux conduisent à des troubles neurologiques du développement qui englobent un grand groupe de maladies qui résultent en des anomalies anatomiques et physiologiques au cours de la maturation et du développement des circuits cérébraux. Le syndrome de Rett (RTT) est un trouble neurologique d'origine génétique, causé par des mutations dans le gène lié à l'X méthyl-CpG binding protein 2 (MeCP2). Il dispose d'une gamme d'anomalies neuropsychiatriques, y compris troubles moteurs et une déficience cognitive qui varie de faible à sévère. Ici, nous discutons de questions clés et des études récentes décrivant les modèles animaux, les fonctions spécifiques de la cellule de type de méthyl-CpG binding protein 2 (MeCP2), les défauts de plasticité des circuits neuronaux, et nous tentons d'évaluer les possibles stratégies thérapeutiques pour RTT. Nous discutons également comment les gènes, les protéines, et les voies de signalisation qui se chevauchent affectent l'étiologie moléculaire de troubles neuropsychiatriques apparemment sans rapport, une compréhension de ce qui peut offrir de nouvelles stratégies thérapeutiques pour une gamme de troubles du spectre autistique (TSA).

7,8-dihydroxyflavone (7,8-DHF) exhibits therapeutic efficacy in a mouse model of Rett syndrome

Traduction: G.M.

7,8-Dihydroxyflavone (7,8-DHF) présente une efficacité thérapeutique dans un modèle murin du syndrome de Rett
Johnson RA, Lam M, Punzo AM, Li H, Lin BR, ye K, Mitchell GS, Chang Q.

Source
1Université du Wisconsin.

Résumé
Le syndrome de Rett (RTT), causé par des mutations de la protéine  méthyl-CpG  2 du gène de liaison (Mecp2), est un trouble du  développement du spectre autistique qui est  dégénératif ,  affectant principalement les femmes. Les souris mutantes Mecp2 ont réduit les niveaux du facteur neurotrophique dérivé du cerveau (BDNF) dans le cerveau; la suppression conditionnelle et la surexpression de BDNF dans le cerveau accélère et ralentit, respectivement, la progression de la maladie chez les souris mutantes Mecp2.

Ainsi, nous avons testé l'hypothèse que la 7,8-Dihydroxyflavone (7,8-DHF), une petite molécule connue pour activer le récepteur de haute affinité BDNF (TrkB) dans le SNC, atténuerait la progression de la maladie chez les souris  mutantes Mecp2 .

Après le sevrage, 7,8-DHF a été administré dans l'eau potable pendant toute la vie. Les souris mutantes traitées ont vécu beaucoup plus longtemps par rapport aux autres souris  mutantes de la portée non traitées   (80 ± 4 et 66 ± 2 jours, respectivement). 7,8-DHF retarde la perte de poids, l' augmentation de la taille des noyaux des neurones et améliore la motricité volontaire (course de roues) à distance chez les souris mutantes Mecp2. 

En outre, l'administration de 7,8-DHF a partiellement amélioré les irrégularités du rythme respiratoire et permis un retour des volumes courants à des niveaux plus  habituels.

Ainsi, bien que les mécanismes spécifiques ne soient pas complètement connus, 7,8-DHF semble réduire les symptômes de la maladie chez les souris mutantes Mecp2 et peut avoir un potentiel comme traitement thérapeutique pour les patients RTT.

Un espoir de traitement contre le syndrome de Rett

Par Destination Santé

A partir d'un modèle animal du syndrome de Rett, une équipe de l'INSERM est parvenue à réduire le nombre de décès par arrêt respiratoire grâce à l'administration quotidienne d'un antidépresseur, la desipramine.

Un médicament retiré du marché en 2003. « Il s'agit d'une vieille molécule et beaucoup de nouveaux inhibiteurs de la recapture de la sérotonine sont disponibles sur le marché. La décision de retrait du marché n'est pas liée à des problèmes de toxicité ni d'effets indésirables » de ce produit, souligne Laurent Villard, de l'unité INSERM 491 à Marseille.

Avec son équipe, il a montré que cette molécule « augmentait le taux de noradrénaline dans l'organisme (permettant ainsi) d'activer le système nerveux et de provoquer une stabilisation du rythme respiratoire ». Ces travaux sont aujourd'hui à la base d'un essai clinique de phase II en cours de réalisation. Dans quelques mois, 36 patients souffrant du syndrome de Rett seront ainsi traités pendant 8 mois. La suite dépendra des résultats de cet essai.

Source : INSERM, 11 avril 2007

Réversibilité des symptômes d’un désordre du spectre autistique

Le syndrome de Rett a été inversé dans son modèle génétique chez la souris.

Traduit de l'anglais par Danièle Langloys

La Fondation pour la recherche sur le Syndrome de Rett (RSRF) annonce les résultats d’une recherche-clé qui a permis d’inverser les symptômes du Syndrome de Rett sur son modèle génétique chez la souris. Ces découvertes, faites par Adrian Bird, Professeur de l’Université d’Edimbourg et président du conseil scientifique de la RSRF, ont paru en ligne dans Science Express le 8 février 2007. Le syndrome de Rett est une maladie neurologique de l’enfance qui est la plus invalidante physiquement parmi les troubles du spectre autistique. Les expériences ont été financées par la RSRF, l’association Wellcome, et la Fondation britannique pour le Syndrome de Rett, des Jeans pour des Gènes.

Causé par des mutations sur le gène MECP2, le syndrome de Rett affecte essentiellement les filles ; il frappe au hasard dans la petite enfance et affecte le langage, la mobilité et l’usage fonctionnel de la main. Beaucoup d’enfants se retrouvent en fauteuil roulant ; ceux qui marchent manifestent une démarche anormale, avec une raideur des jambes. Des problèmes respiratoires et des tremblements de type parkinsonien sont courants.

La restauration de l’entière fonctionnalité du gène MEPC2 pendant 4 semaines a fait disparaître les tremblements et normalisé la respiration, la mobilité et la démarche chez des souris qui avaient auparavant tous les symptômes et dans certains cas étaient à quelques jours seulement de la mort.

« Comme beaucoup d’autres, nous pensions que donner le MEPC2 à des souris qui étaient déjà malades ne marcherait pas », a dit Bird. « L’idée qu’on puisse remettre un composant essentiel après la survenue des dommages cérébraux et récupérer une souris apparemment normale semblait tirée par les cheveux, car les cellules du cerveau qui s’étaient développées en l’absence d’un composant-clé étaient censées avoir été endommagées de manière irréversible. Les résultats sont agréablement nets, cependant, et doivent donner de l’espoir à ceux qui sont affectés par ce trouble douloureux. »

Bird est professeur de génétique à l’Université d’Edimbourg et directeur du Centre Wellcome de Biologie Cellulaire. Le MEPC2, identifié pour la première fois en 1990 par Bird, est considéré comme une protéine qui régule l’expression d’autres gènes en les arrêtant au bon moment.

En 1999, Huda Zoghbi, Professeur et Docteur en Médecine au Départements de Génétique Moléculaire et Humaine, Pédiatrie, Neurologie et Neuroscience du Collège de Médecine Baylor, a découvert que le syndrome de Rett était causé par des mutations sur le gène MEPC2. Des mutations sur le gène MEPC2 sont maintenant observées dans quelques cas de schizophrénie, d’autisme classique et de handicaps d’apprentissage.

« Ces découvertes sont extraordinaires et sont pertinentes non seulement pour le syndrome de Rett mais aussi pour une classe plus large de troubles, dont l’autisme et la schizophrénie. La restauration réussie du fonctionnement normal démontrée sur l’exemple des souris suggère que si nous pouvons développer des thérapies pour pallier la perte du MEPC2, nous serons peut-être capables de rendre réversibles les dommages neurologiques chez les enfants et adultes atteints du syndrome de Rett, d’autisme et de troubles neuropsychiatriques apparentés », a ajouté Zoghbi.

Les expériences de réversibilité ont été effectuées dans le laboratoire de Bird par son adjoint de recherche, Jacky Guy. Employant une technologie connue sous le nom de recombinaison Cre-lox ¹, elle a créé des souris expérimentales dans lesquelles le MEPC2 a été inactivé par l’insertion d’une cassette stop ² dans le gène, ce qui provoque les déficiences neurologiques observées dans le Syndrome de Rett. L’inactivation pouvait être rendue réversible à volonté en enlevant la cassette stop, ce qui alors réactivait le gène MEPC2. Ceci a été réalisé en administrant aux souris un médicament qui faisait entrer l’enzyme Cre dans le noyau de la cellule où il pouvait alors déloger la cassette.

En plus de perdre leurs déficiences comportementales manifestes, les souris recouvraient aussi une fonction électrophysiologique-clé. On l’a déterminé en mesurant la LTP ³ (potentialisation à long terme), qui fournit une mesure quantifiable de la capacité des neurones à répondre à une stimulation. On pense depuis longtemps que la LTP reflète la base cellulaire de l’apprentissage et de la mémoire. Bien que la LTP chez les souris de l’expérience fût déficitaire, elle fut restaurée dans ses fonctions normales par les expériences de réversibilité.

« La réversibilité des déficiences neurologiques, rapportée dans le remarquable article de Guy et autres, est surprenante, parce que la cause des symptômes est apparue tôt dans le développement et on s’attendait à ce qu’elle soit permanente. On remarque tout particulièrement la restauration de la LTP, qui est le meilleur équivalent physiologique actuel de l’apprentissage et de la mémoire. Ces découvertes sont très encourageantes pour ceux qui cherchent des traitements parce qu’elles donnent l’espoir que les symptômes pourraient non seulement être stoppés dans leur progression, mais que le cours de la maladie elle-même pourrait être inversé », a affirmé Fred Gage, Docteur en médecine à l’Institut Salk d’Etudes Biologiques.

« Les résultats étonnants du Docteur Bird font entrer le Syndrome de Rett et les autres troubles du spectre autistique dans une nouvelle ère. Les expériences de réversibilité justifient une exploration conquérante de nouvelles étapes sur tous les fronts, de la découverte de médicaments à la thérapie génique. La RSRF concentre ses efforts pour identifier et accélérer les traitements pour les enfants et adultes qui en ont terriblement besoin », a ajouté Monica Coenraads, co-fondatrice et Directrice de recherche à la RSRF, et mère d’une jeune fille atteinte du syndrome.

¹-NdT : pour en savoir plus sur la Cre-Lox :
http://www.ipbs.fr/formation/biotech/knockout.pdf
²-NdT : on dit aussi en biologie "cassette de résistance".
³-NdT : en neurologie la LTP est une augmentation de la force chimique d’une synapse qui dure de quelques minutes à plusieurs jours.

Reversal of symptoms in an autism spectrum disorder

Rett Syndrome is reversed in genetic mouse model

The Rett Syndrome Research Foundation (RSRF) announces results of a landmark study reversing the symptoms of Rett Syndrome (RTT) in a genetic mouse model. The findings, by Adrian Bird, Ph.D., of the University of Edinburgh and Chairman of the RSRF Scientific Advisory Board, appear online in Science Express on February 8, 2007. Rett Syndrome is a severe childhood neurological disease that is the most physically disabling of the autism spectrum disorders. The experiments were funded by the Rett Syndrome Research Foundation (RSRF), the Wellcome Trust and the Rett Syndrome U.K./Jeans for Genes.

Caused by mutations in the gene MECP2, RTT affects primarily girls, striking at random in early childhood and destroying speech, normal movement and functional hand use. Many children become wheelchair bound; those who walk display an abnormal, stiff-legged gait. Disordered breathing patterns and Parkinson-like tremors are common.

Restoration of fully functional MECP2 over a four week period eradicated tremors and normalized breathing, mobility and gait in mice that had previously been fully symptomatic and, in some cases, only days away from death.

"Like many other people, we expected that giving MeCP2 to mice that were already sick would not work," said Bird. "The idea that you could put back an essential component after the damage to the brain is done and recover an apparently normal mouse seemed farfetched, as nerve cells that developed in the absence of a key component were assumed to be irrevocably damaged. The results are gratifyingly clear, though, and must give hope to those who are affected by this distressing disorder."

Bird is Buchanan Professor of Genetics at University of Edinburgh and Director of the Wellcome Trust Centre for Cell Biology. MeCP2, first identified by Bird in 1990, is considered to be a protein that regulates the expression of other genes by turning them off at the appropriate time.

In 1999 Huda Zoghbi, M.D., Professor, Departments of Molecular and Human Genetics, Pediatrics, Neurology, and Neuroscience at Baylor College of Medicine discovered that RTT is caused by mutations in the MECP2 gene. Mutations in MECP2 are now being seen in some cases of childhood schizophrenia, classic autism and learning disabilities.

"The findings are extraordinary, and are of relevance not only to Rett Syndrome but to a much broader class of disorders, including autism and schizophrenia. The successful restoration of normal function demonstrated in the mouse models suggests that if we can develop therapies to address the loss of MECP2 we may be able to reverse neurological damage in children and adults with Rett, autism and related neuropsychiatric disorders," commented Zoghbi.

The reversal experiments were carried out in the Bird lab by research assistant Jacky Guy. Employing technology known as Cre-lox recombination, she created mouse models in which MECP2 was silenced by insertion of a Stop cassette into the gene, resulting in the neurological deficits seen in RTT. Silencing could be reversed at will by removing the Stop cassette, thereby reactivating the MECP2 gene. This was achieved by treating the mice with a drug that caused the enzyme Cre to enter the cell nucleus where it could splice out the cassette.

As well as losing overt behavioral defects, the mice also recovered a key electrophysiological function of the brain. This was determined by measuring LTP (long-term potentiation) which provides a quantifiable measurement of the ability of neurons to respond to stimulation. LTP has long been thought to reflect the cellular basis of learning and memory. Though LTP in RTT mice models was defective, it was restored to normal function by the reversal experiments.

"The reversal of neurological defects, reported in the remarkable article by Guy et al, is surprising because the cause of the symptoms occurred early in development and was expected to be permanent. Of particular note is the recovery of LTP, which is the best current physiological correlate of learning and memory. These findings are very encouraging for those searching for a treatment because they give hope that the symptoms could not only be halted from progressing, but the course of the disease itself may be able to be reversed," stated Fred Gage, Ph.D. of the Salk Institute of Biological Studies.

"Dr. Bird's astonishing results usher in a new era for Rett Syndrome and other autism spectrum disorders. The reversal experiments provide justification for aggressive exploration of next steps on all fronts, from drug discovery to gene correction. The Rett Syndrome Research Foundation will be focused on a comprehensive effort to identify and speed treatments to the children and adults in dire need of them," commented Monica Coenraads, co-founder and Director of Research for RSRF and mother of a young daughter with the disorder.

###

The reversal experiments were funded by the Wellcome Trust, the Rett Syndrome Research Foundation (RSRF) and the Rett Syndrome U.K./Jeans for Genes.

About the Rett Syndrome Research Foundation

The Rett Syndrome Research Foundation (www.rsrf.org) was created in late 1999 and is the largest private source of funds for biomedical research on Rett Syndrome.

About the Wellcome Trust

The Wellcome Trust is the largest charity in the UK and the second largest medical research charity in the world. It funds innovative biomedical research, in the UK and internationally, spending around £500 million each year to support the brightest scientists with the best ideas. The Wellcome Trust supports public debate about biomedical research and its impact on health and wellbeing. http://www.wellcome.ac.uk