Equipe 07 – D. Dunia / C. Malnou - Institut Toulousain des Maladies Infectieuses et Inflammatoires

Pathogénèse des infections virales du système nerveux central adulte et en développement

Responsables : D. Dunia / C. Malnou

D. Dunia

AXE 1 : Interférence virale avec l’homéostasie neuronale

C.Malnou

AXE 2 : Rôle des vésicules extracellulaires placentaires au cours des infections virales congénitales

E. Suberbielle

AXE 3 : Impact des pathogènes sur l’épigénétique neuronale

G. Ligat

AXE 4 (axe émergent) : Biologie moléculaire des interactions hôte-cytomégalovirus humain dans les tumeurs cérébrales et innovations thérapeutiques

X :

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Objectifs Scientifiques

A l’heure actuelle, les mécanismes par lesquels les agents pathogènes peuvent interférer avec les fonctions neuronales, ainsi que les facteurs responsables des maladies associées restent mal compris. Notre équipe s’intéresse à l’étude des mécanismes et conséquences des infections virales du système nerveux central (SNC) adulte et en développement.

Pour nos projets, nous utilisons divers modèles d’infections du SNC : l’infection neuronale par le Bornavirus (BoDV), les infections congénitales par le cytomégalovirus humain (hCMV) ou le virus Zika (ZIKV), ou encore la persistance du parasite Toxoplasma gondii dans le SNC adulte.

Dans le contexte de l’infection du cerveau adulte, nous étudions les conséquences physiopathologiques et comportementales de la persistance des pathogènes dans le SNC, ou de l’inflammation associée. Nous identifions également les voies de signalisation impliquées et les déterminants viraux et/ou cellulaires des atteintes neuronales ou de la neurodégénérescence associées.

Dans le cas des infections congénitales en cours de la grossesse, nous analysons comment les virus perturbent le programme neuro-développemental et provoquent des séquelles parfois sévères chez le nouveau-né. Dans ce contexte, nous étudions les modalités des infections congénitales et nous examinons leur impact sur le développement cérébral néonatal. Ces études tirent parti de l’intégration dans notre équipe de personnels de l’unité de Néonatologie du CHU de Toulouse, qui facilitent le lien de nos recherches avec la clinique.

Nos Projets

AXE 1 : Physiopathologie de l'infection par le Bornavirus (BoDV) : du dysfonctionnement neuronal à la neuroprotection

Dans notre équipe, nous étudions l’infection neuronale par le Bornavirus (BoDV-1), car nous sommes convaincus que ce virus constitue un modèle idéal pour l’analyse des conséquences pathologiques des infections virales du système nerveux central (SNC). Le BoDV-1 est en effet le paradigme idéal d’un virus neurotrope capable de persister à vie en provoquant très peu de dommages structuraux aux neurones qu’il infecte. Cette infection provoque cependant des dysfonctionnements neuronaux, liés notamment à l’interférence virale avec des voies du signalisation cruciales pour l’homéostasie du SNC. Nos projets actuels concernent notamment :

Le BoDV-1, un agent neuroprotecteur ? Nous avons récemment démontré que la protéine X du BoDV-1, de même qu’un peptide dérivé de celle-ci, pouvait protéger efficacement contre la neurodégénérescence dans divers modèles expérimentaux in vitro et in vivo, de par ses actions sur la physiologie mitochondriale.

La protéine X du BoDV-1 est neuroprotectrice. Haut : analyse de la protection médiée par la protéine X contre la fragmentation axonale induite par la roténone. Photos des chambres axonales de cultures de neurones compartimentalisées traitées avec la roténone. Bas : analyse de la perte des neurones dopaminergiques (révélés par marquage pour la Tyrosine Hydoxylase dans la SNpc et le Striatum) dans le cerveau de souris intoxiquées par le MPTP, un modèle toxique de la Maladie de Parkinson.

Nous poursuivons désormais divers objectifs. D’une part, nous décryptons les mécanismes à la base des propriétés neuroprotectrices de la protéine X, en déterminant son interactome mitochondrial et ses effets sur l’énergétique et la dynamique mitochondriales ; En parallèle, nous cherchons à renforcer notre preuve de concept de l’utilisation de peptides dérivés de la protéine X comme stratégie neuroprotectrice, en testant son efficacité dans divers modèles de neurodégénérescence chronique, grâce à des collaborations à Toulouse, Bordeaux ou Paris avec des experts de diverses pathologies dégénératives .

Analyse structure/fonction de la machinerie réplicative du BoDV et de son impact sur l’épigénétique neuronale. La découverte récente du potentiel zoonotique du BoDV-1 a motivé le développement d’une approche collaborative avec des biologistes structuraux et des experts des interactions protéiques hôte-pathogènes. Nos objectifs sont de réaliser une analyse complète de la machinerie réplicative du BoDV, une cartographie à grande échelle de l’interactome du BoDV-1 et de son impact sur l’adaptation virale et la physiologie neuronale. Avec le Dr. E. Suberbielle dans notre équipe, nous étudions notamment l’impact sur certains éléments de l’épigénétique neuronale.

Développement d’une nouvelle plateforme basée sur la nanoélectronique pour mesurer l’activité neuronale. En collaboration avec des physiciens du LAAS-CNRS à Toulouse, nous avons développé des dispositifs à base de nanofils (“Nano-Electrode Arrays”, ou NEA) au contact de neurones en culture. Nous souhaitons désormais évaluer la pertinence de ces NEA pour mesurer différents paramètres de l’activité neuronale (réponse à la dépolarisation, neuroplasticité, etc..) après infection, expression de protéines virales d’intérêt (protéines P et X BoDV-1 en particulier), mais aussi après application d’autres éléments perturbateurs des neurones, comme le peptide ß amyloïde ou certaines cytokines proinflammatoires. Ce projet est soutenu financièrement par la Mission pour l’interdisciplinarité du CNRS, ou MITI

Dispositif de réseau de nano-électrodes (NEA) pour l’enregistrement de l’activité neuronale. (A) Photo de microscopie électronique à balayage d’une NEA, avec une vue élargie (B) d’une des électrodes, composée de 7 nanofils. Photos prises au LAAS. (C) NEA montée sur un circuit imprimé, avant l’ensemencement des neurones (D) et l’installation sur la platine d’enregistrement (E). Copyright David Villa, Science Image CNRS. (F) Marquage des neurones en cultures sur la NEA (avec MAP2, en rouge). Copyright Frédérique Sueur, Infinity. (G) Exemples de mesures d’activité, avant et après stimulation neuronale.

Responsable : D. Dunia

AXE 2 : Rôle des vésicules extracellulaires placentaires au cours des infections virales congénitales

Notre projet de recherche explore le concept émergent selon lequel l’infection du placenta par des virus tels que le cytomégalovirus humain (hCMV) ou le virus Zika (ZIKV) pourrait modifier la quantité et/ou la composition des vésicules extracellulaires (EV) placentaires (Figure 1), ce qui pourrait favoriser la dissémination du virus vers le fœtus et contribuerait à l’altération du développement cérébral observée lors des infections congénitales.

A) Petites vésicules extracellulaires placentaires observées en microscopie électronique, avec un immunomarquage aux billes d’or dirigé contre la molécule de surface CD63 (collab. Institut Curie).
B) Image en microscopie de fluorescence d’une cellule fibroblastique ayant internalisé des petites vésicules extracellulaires (Bleu: DAPI, Rouge: actine, Vert: marquage membranaire des vésicules)

Impact de l’infection des cellules placentaires sur la sécrétion et la composition des EV et conséquences pour le développement du système nerveux central fœtal.

Nos résultats indiquent que, lors de l’infection par le hCMV, il existe une modification phénotypique des exosomes sécrétés à partir d’histocultures placentaires de placentas précoces ou de lignées trophoblastiques en culture. Les caractéristiques phénotypiques des EVs isolées à partir de cellules infectées suggèrent qu’elles pourraient agir de manière paracrine pour faciliter l’infection des cellules environnantes ou à distance et qu’elles participeraient ainsi à la physiopathologie des désordres observés au cours de la grossesse et chez le fœtus. Nos travaux proposent également que les EV pourraient jouer un rôle de biomarqueurs au cours de l’infection afin d’évaluer, via une simple prise de sang de la mère au cours de la grossesse, l’état du placenta.

Rôle du cluster de miRNA C19MC véhiculé par les EV placentaires.

Il est connu que les EV issus de placenta sont capables de conférer une protection antivirale à des cellules cibles, via l’action du cluster de miRNA C19MC, contenus dans les EV. Grâce à un modèle original de cellules délétées pour l’ensemble du cluster, nous étudions les modalités de l’action antivirale de ces miRNA. Par ailleurs, nous examinons si les EV placentaires peuvent également protéger des cellules souches neurales humaines d’une infection virale. Enfin, nous évaluons leur profil d’expression dans les EV circulant chez la femme enceinte au cours des infections par le hCMV, le ZIKV ou le SARS-CoV2 afin d’évaluer si ces infections modifient leur profil d’expression au sein des EV en cours de grossesse.

En conclusion, nous espérons ainsi fournir de nouveaux éléments physiopathologiques permettant de mieux comprendre l’étiologie des infections virales congénitales, afin d’améliorer le diagnostic et offrant également de nouvelles perspectives d’intervention thérapeutique.

Vidéo : Louis Henry

Responsable : C. Malnou

AXE 3 : Impact des pathogènes sur l'épigénétique neuronale et le comportement

L’hypothèse au centre de notre projet de recherche est que les pathogènes du système nerveux central, du fait de leur persistance dans le cerveau et de la réponse immune qu’ils induisent, pourraient contribuer au dysfonctionnement neuronal, au vieillissement cognitif et aux maladies neuropsychiatriques. D’un point de vue mécanistique, l’épigénétique neuronale, clé de la plasticité cognitive, jouerait un rôle fondamental dans ces troubles. En particulier, nous avons montré que les cassures double-brin de l’ADN (CDB) représentent un nouveau mode de régulation majeur de l’épigénétique neuronale. Nous cherchons désormais à mieux comprendre l’impact des CDB sur le fonctionnement neuronal et à analyser comment des perturbations de la détection, de la production et/ou de la réparation des CDB pourraient contribuer aux troubles comportementaux associés à de nombreuses maladies inflammatoires, infectieuses, ou liées à l’âge et qui affectent le système nerveux central.

Trois principaux axes de recherches sont actuellement poursuivis :

1) Le rôle des CDB dans la physiopathologie de l’infection par le Bornavirus (BoDV). Nos résultats récents montrent que les CDB participent à la régulation de la réplication de ce virus avec des conséquences sur l’activité des réseaux neuronaux infectés. Comprendre comment ce virus, de structure simple, perturbe la réponse aux CDB va nous permettre d’élucider les mécanismes des CDB dans les neurones.

2) L’infection du système nerveux central par Toxoplasma gondii, un parasite commun chez l’homme. L’étude de l’impact de l’infection par différentes souches de ce parasite sur le comportement et les mécanismes moléculaires sous-jacents nous sert de modèle pour comprendre comment une infection persistante pourrait contribuer à la sénescence cognitive et immunitaire au cours du vieillissement naturel ou pathologique. Projet en collaboration avec l’équipe 6 (faire lien hypertexte)

3) Les perturbations épigénétiques des neurones en réponse à une inflammation chronique. Que ce soit au cours du vieillissement ou une réponse à l’environnement, l’inflammation chronique et en particulier la circulation systémique de médiateurs de l’inflammation affectent durablement le comportement. Nous étudions les perturbations de la réponse aux CDB et les autres modifications épigénétiques qui pourraient être à la base des mécanismes des troubles comportementaux liés à l’inflammation chronique.

Responsable : E. Suberbielle

AXE 4 (axe émergent) : Biologie moléculaire des interactions hôte-cytomégalovirus humain dans les tumeurs cérébrales et innovations thérapeutiques

Nos projets se concentrent principalement à l’étude du lien entre l’infection par le cytomégalovirus humain (CMVH) et le glioblastome, une forme de cancer du cerveau agressive et de mauvais pronostic.

Plusieurs de nos projets de recherche ont un aspect translationnel et incluent la découverte de nouveaux biomarqueurs et cibles thérapeutiques afin d’améliorer la prise en charge et le traitement de cette pathologie. De plus, via différentes collaborations, nous travaillons actuellement sur la vectorisation de peptides thérapeutiques anti-CMVH dans des vésicules extracellulaires afin d’améliorer leur efficacité.

De façon globale, nous espérons ainsi mieux comprendre le rôle du CMVH dans le développement et la progression des tumeurs cérébrales afin d’identifier de nouvelles approches de diagnostiques et thérapeutiques.

Mots clés : CMVH, Glioblastome, Biothérapies

Vidéo : Louis Henry