Les maladies neurodégénératives, notamment la maladie d’Alzheimer, la maladie de Parkinson, la maladie de Huntington, la sclérose latérale amyotrophique et la démence frontotemporale, sont des troubles dévastateurs sans remède connu, principalement en raison du manque de compréhension des mécanismes sous-jacents de la maladie. De nombreuses souches mutantes de souris ont été générées comme modèles pour étudier ces maladies 1,2,3,4,5. Bien que des connaissances fondamentales sur la pathologie et les mécanismes de la maladie aient été obtenues, les investigations à une résolution subcellulaire et les analyses à haut débit telles que les criblages de médicaments ne sont pas réalisables dans des modèles animaux. Les systèmes cellulaires et les petits modèles animaux remplissent ce créneau.
Les cultures de cellules souches pluripotentes induites humaines (hIPSC) et la différenciation neuronale sont un système puissant pour étudier les effets des altérations génétiques dans un contexte humain. Pourtant, les différentes conditions de culture, les protocoles de différenciation et les biais basés sur l’utilisateur entraînent souvent des problèmes de reproductibilité. Dhingra et al. présentent l’automatisation des cultures de hiPSC et les différenciations neuronales compatibles avec l’imagerie et l’analyse automatisées6. Ce système permet non seulement une culture et une différenciation plus reproductibles des cellules IPS humaines en lignées neuronales, mais permet également le suivi automatisé en direct des phénotypes cellulaires, y compris la quantification de la longueur des neurites, la formation d’agrégats ou l’absorption d’espèces protéiques pathogènes et la neurodégénérescence sur une période de 2 mois.
Les modifications de l’homéostasie calcique ont été associées à diverses maladies neurodégénératives, en particulier la maladie de Parkinson7. Bancroft et Srinivasan présentent un protocole pour quantifier le flux de calcium dans les neurones dopaminergiques en culture8. Le système présenté peut conduire à une meilleure compréhension de la façon dont une signalisation calcique anormale déclenche la perte de neurones dopaminergiques et peut être utilisé comme plate-forme de criblage de médicaments à haut débit pour l’identification de composés neuroprotecteurs.
La perte de synapses est une caractéristique courante des maladies neurodégénératives9. Pourtant, les raisons sous-jacentes restent floues. Sidiski et Babcock présentent une méthode pour quantifier l’intégrité synaptique en fonction de l’âge dans les jonctions neuromusculaires du tissu musculaire longitudinal dorsal (DLM) chez Drosophila melanogaster10. Il est important de noter que leur protocole de dissection, qui implique la congélation instantanée des tissus, préserve à la fois le tissu neuronal et musculaire et, en raison de la facilité de manipulation génétique de la mouche, permet d’étudier les modifications de l’intégrité synaptique et sa dégénérescence dans des modèles de maladies neurodégénératives.
Les maladies neurodégénératives et le vieillissement sont liés à des défaillances de la protéostasie11, et la dégradation et la synthèse des protéines ont été impliquées. Papandreou et al. présentent un protocole pour quantifier la synthèse de novo des protéines12, en utilisant la récupération de fluorescence après photoblanchiment (FRAP) dans des modèles de C. elegans exprimant la GFP. Ce système peut être étendu aux fusions GFP de n’importe quelle protéine liée à une maladie, soit largement exprimée dans le système nerveux du ver, soit ciblée sur des cellules ou des tissus spécifiques, et permet l’étude in vivo de la synthèse des protéines en l’absence de méthodes non radioactives et non invasives, en plus d’avoir la capacité d’effectuer des criblages génétiques ou de petites molécules pour identifier de nouveaux modulateurs permettant de surmonter le dysfonctionnement protéostatique.
La protection contre l’agrégation de protéines et la mort des neurones sont des stratégies recherchées pour ralentir les maladies neurodégénératives. Palikaras et al. décrivent comment le préconditionnement du choc thermique chez C. elegans favorise la neuroprotection contre la mort cellulaire déclenchée par l’alpha-synucléine et une diminution des agrégats induits par PolyQ13.
Les maladies neurodégénératives touchent plus de 50 millions de personnes dans le monde, sans remède connu. Avec les progrès récents de l’édition génétique et de la technologie IPSC, les modèles cellulaires et de petits animaux ont l’avantage de s’attaquer de manière aiguë aux mécanismes moléculaires et cellulaires sous-jacents, permettent des manipulations génétiques rapides et rentables et constituent une plate-forme de criblage à haut débit pour les bibliothèques de nouveaux composés thérapeutiques. Cet ensemble de méthodes de lutte contre les maladies permet aux chercheurs d’utiliser certains de ces modèles.