Développement de tests fonctionnels pour l'étude de l'activité synaptique cholinergique et glutamatergique de neurones issus de cellules souches pluripotentes induites humaines (hiPSC). Application pour la R&D des Neurotoxines Botuliques (BoNT).

par Juliette Duchesne De Lamotte

Projet de thèse en Sciences pharmacologiques

Sous la direction de Cécile Martinat et de Anselme Perrier.

Thèses en préparation à Paris Saclay , dans le cadre de École doctorale Innovation thérapeutique : du fondamental à l'appliqué (Châtenay-Malabry, Hauts-de-Seine ; 2015-....) , en partenariat avec Centre d'étude des cellules Souches (laboratoire) et de université d'Evry-Val-d'Essonne (établissement de préparation de la thèse) depuis le 01-12-2017 .


  • Résumé

    La Neurotoxine Botulique (BoNT), produite par une bactérie du genre Clostridium, est aujourd'hui considérée comme la toxine la plus puissante et la plus mortelle connue. Sept sérotypes structurellement similaires mais antigéniquement distincts (BoNT/A - BoNT/G) ont été identifiés. Cette toxine induit une neuroparalysie musculaire suite à l'inhibition de la libération de l'acétylcholine nécessaire à la contraction des muscles au niveau de la jonction neuromusculaire. Elle est utilisée dans de nombreuses indications thérapeutiques, principalement en neurologie, afin de soigner l'hyperactivité musculaire provoquée par de nombreuses atteintes neuromusculaires. Le laboratoire de R&D, IPSEN Innovation basé aux Ulis, possède une expertise en BoNT naturelle et recombinante, et a déjà développé une toxine de type A qui est utilisée pour soigner les patients atteints de troubles neuromusculaires. Afin d'évaluer le potentiel thérapeutique de nouvelles toxines développées par IPSEN, des essais cellulaires in vitro sensibles et robustes sont essentiels. L'étude de ces nouvelles toxines offre la possibilité d'augmenter le nombre d'indications thérapeutiques relatives aux BoNT ainsi que le service rendu aux patients. Dans ce contexte, IPSEN a choisi de collaborer avec le laboratoire i-Stem basé à Evry, qui présente un véritable savoir-faire dans le développement de modèles cellulaires neuronaux issus de cellules souches pluripotentes induites humaines (hiPSC). Les équipes d'i-Stem ont pour objectif de comprendre les mécanismes impliqués dans le développement de maladies affectant les motoneurones (Maladie de Steinert, Amyotrophie Spinale Infantile), mais également des maladies neurodégénératives d'origine génétique (Maladie de Huntington), en développant des modèles d'étude neuronaux spécifiques issus de hiPSC. Le but du projet de thèse est de combiner le développement de modèles synaptiques cholinergique et glutamatergique issus de hiPSC et la mise en place d'essais fonctionnels in vitro modélisant la connexion synaptique au sein du système neuronal humain, dans le but d'explorer l'activité des BoNT dans la transmission synaptique dans des modèles neuronaux actifs et pertinents. Afin de répondre à la problématique du projet, plusieurs objectifs seront fixés : (i) Développement de systèmes synaptiques neuronaux humains en utilisant des neurones issus de hiPSC ; (ii) Mesure de l'activité synaptique dans les modèles neuronaux sensibles aux BoNT ; (iii) Exploration du processus d'intoxication des BoNTs dans les modèles synaptiques développés.

  • Titre traduit

    Development of functional assays to monitor cholinergic and glutamatergic synaptic activity using human iPSC-derived neurons. Application to Botulinum Neurotoxins R&D.


  • Résumé

    Botulinum Neurotoxin (BoNT), produced by a bacterium Clostridium is the most deadly and powerful neurotoxins. Seven antigenically distinct serotypes (BoNT/A - BoNT/G) were identified. This toxin induces muscle neuroparalysis, following the inhibition of the acetylcholine release required for the muscle contraction at the neuromuscular junction. The toxin is used in many therapeutic indications, mainly in neurology, to treat muscular hyperactivity caused by neuromuscular disorders. IPSEN Innovation, located in Les Ulis, has expertise in natural and recombinant botulinum toxins, and has already developed a BoNT/A which is currently used to treat patients suffering from neuromuscular disorders. To assess the therapeutic potential of newly toxins developed by IPSEN, sensitive and robust in vitro cell assays are essential. The study of new toxins offers the possibility to increase the number of therapeutic indications and the service provided to patients. In this context, IPSEN has chosen to collaborate with the i-Stem laboratory located in Evry, which has a real expertise in the development of neural cell models derived from human induced pluripotent stem cells (hiPSC). The i-Stem teams aim to understand the mechanisms involved in the development of diseases affecting motor neurons (Steinert's disease, Spinal Muscular Atrophy), but also neurodegenerative diseases with genetic origin (Huntington's disease), by developing specific neural study models from hiPSC. The objective of the PhD project is to combine the development of cholinergic and glutamatergic synaptic models from hiPSC and the establishment of in vitro functional assays to model the synaptic connection within the human neuronal system, with the aim of exploring the BoNT activity in synaptic transmission in active and relevant neuronal models. To meet the purpose of the study, we will allow several tasks: (i) Development of BoNTs-sensitive human neuronal synaptic model systems using hiPSCs ; (ii) Synaptic function measurement in BoNTs-sensitive human neuronal synaptic model systems ; (iii) Exploration of BoNTs intoxication process in human neuronal synaptic systems developed.