La plaque motrice fonctionnelle contrôlée par Optogénétique afin de tester les neurotoxines botuliques.

Les toxines botuliques (BoNTs) sont des neurotoxines parmi les plus puissantes jamais identifiées de par leur capacité à inhiber la libération d’acétylcholine nécessaire à la contraction des muscles. Cependant, leur forte affinité pour les neurones moteurs combinée à leur utilisation à des concentrations adaptées en ont fait des médicaments extrêmement précieux pour un nombre croissant d’indications dans différents domaines comme l’ophtalmologie, la neurologie ou la cosmétique. Les connaissances accrues sur le mécanisme d’action des BoNTs combinées à l’émergence de plateforme de production recombinante offrent la possibilité de modifier les BoNTs à façon, et de conférer à ces molécules de nouveaux potentiels thérapeutiques. Cependant, ces développements nécessitent l’implémentation de nouveaux tests cellulaires fonctionnels robustes, permettant de récapituler les différentes étapes du mécanisme d’action des BoNTs.

L’absence de ces tests cellulaires prédictifs et physiologiquement pertinents est l’un des principaux obstacles à l’essai et au développement de thérapies à base de neurotoxines botuliques (BoNTs). Les dérivés de cellules souches pluripotentes induites par l’homme (hiPSCs) offrent désormais la possibilité d’améliorer la pertinence des modèles cellulaires et donc la valeur translationnelle des données précliniques.

 

Dans cette publication, les équipes de Camille Nicoleau (IPSEN Innovation), d’Anselme Perrier (UMR 9199 UPSaclay/CEA/CNRS, Fontenay-aux-Roses) et de Cécile Martinat (UMR-S 861 I-Stem INSERM/UPSaclay/UEVE, Evry) ont étudié le potentiel de la stimulation optique des motoneurones dérivés des hiPSCs (hMNs) combinée à l’imagerie calcique dans l’activité des cellules musculaires en co-culture pour étudier la sensibilité aux BoNTs d’un modèle in vitro du système muscle-nerf humain.

Un système fonctionnel de co-culture muscle-nerf a été développé en utilisant des hMNs et des cellules musculaires squelettiques humaines immortalisées. Les résultats ont démontré que les hMNs peuvent innerver les myotubes et induire des contractions et un transitoire calcique dans les cellules musculaires, générant une plaque motrice humaine ( jonction neuromusculaire permettant la transmission de l’influx nerveux de l’extrémité de l’axone, prolongement du neurone, à la fibre musculaire ) in vitro montrant une sensibilité dose-dépendante à l’intoxication par les BoNTs. La mise en œuvre de l’optogénétique ( technique consistant à modifier génétiquement des neurones afin qu’ils deviennent sensibles à la lumière grâce à l’expression d’une protéine ) combinée à l’imagerie calcique en direct permet de suivre l’impact de l’intoxication aux BoNTs sur la transmission synaptique dans le modèle de plaque motrice humaine.

Dans l’ensemble, ces résultats démontrent la promesse d’un système musculaire-nerveux dérivé de hiPSC contrôlé par optogénétique pour le test et le développement de BoNTs pharmaceutiques.

 

DOI : 10.1186/s13287-021-02665-3

 

Auteurs :

Juliette Duchesne de Lamotte, Jérôme Polentes, Florine Roussange, Léa Lesueur, Pauline Feurgard, Anselme Perrier, Camille Nicoleau & Cécile Martinat.

 

Sources :