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L’intégrité de l’ADN cellulaire est constamment menacée par des agents endommageant l’ADN, principalement des sous-produits métaboliques comme les espèces réactives de l’oxygène, qui infligent des dizaines de milliers de lésions d’ADN par cellule chaque jour. Le maintien persistant de la stabilité du génome est essentiel pour l’homéostasie cellulaire 2,3. La pierre angulaire de cette maintenance est la réponse aux dommages de l’ADN (DDR) - un réseau de signalisation complexe et stratifié qui initie des voies de réparation spécifiques de l’ADN tout en ajustant soigneusement de nombreux autres processus cellulaires 4,5. Les déficits en DDR se manifestent généralement par des « syndromes d’instabilité du génome », marqués par une instabilité chromosomique, une détérioration progressive des tissus, une croissance ou un développement altéré, une prédisposition au cancer et une sensibilité accrue à certains agents endommageant l’ADN 6,7,8,9. Notamment, la neurodégénérescence, qui comprend souvent l’atrophie cérébelleuse, est une caractéristique distincte de nombreux syndromes d’instabilité du génome 7,10,11,12.
La maladie autosomique récessive, l’ataxie-télangiectasie (A-T), est un exemple bien documenté de trouble d’instabilité du génome 13,14,15. Cette condition résulte de mutations nulles dans le gène ATM (A-T, muté), responsable du codage de la protéine kinase pivot, ATM, qui est principalement connue comme un mobilisateur DDR en réponse aux cassures double brin de l’ADN (DSB)16,17. L’A-T se manifeste par une maladie multisystémique, principalement caractérisée par une dégénérescence cérébelleuse progressive, entraînant des déficiences motrices aiguës, une immunodéficience, une atrophie gonadique, une prédisposition au cancer et une sensibilité extrême aux rayonnements ionisants. Les cellules cultivées d’individus atteints d’A-T présentent une instabilité chromosomique et une sensibilité accrue aux agents génotoxiques, en particulier ceux à l’origine des DSB 15,18,19. Il est important de noter que l’ATM joue également un rôle dans la réparation d’autres lésions de l’ADN, soulignant son importance générale dans le maintien de la stabilité du génome 20,21,22.
Malgré des recherches approfondies sur les nombreux rôles de l’ATM, le mécanisme spécifique conduisant à la dégénérescence cérébelleuse dans l’AT-T reste un sujet de débat actif, avec divers modèles proposés pour élucider ce processus 23,24,25,26,27,28,29,30. Notre modèle28 suggère que la dégénérescence cérébelleuse chez les patients A-T commence par le dysfonctionnement et la perte éventuelle des cellules de Purkinje (PC). Compte tenu du rôle essentiel de l’ATM dans la préservation de la stabilité du génome face aux dommages continus à l’ADN, les PC sont particulièrement vulnérables à l’absence d’ATM. Nous attribuons cette vulnérabilité à la combinaison de leur activité métabolique élevée, de leur structure chromatinienne distinctive et de leur activité transcriptionnelle étendue. En fin de compte, il est suggéré que la perte de la fonction PC, et donc leur dégénérescence, est due à l’inactivation stochastique et fonctionnelle des gènes, une conséquence de la production de transcrits défectueux28.
L’étude de la biologie des PC en laboratoire est entravée par les défis liés à la culture de PC isolés, car ces cellules dépendent fortement de leur milieu naturel et des cellules voisines pour leur survie et leur fonction, ce qui les rend incompatibles avec la croissance des cultures dissociées. Néanmoins, les PC peuvent rester viables pendant de longues périodes dans les cultures de coupes de tissus. Les cultures organotypiques cérébelleuses, qui sont des coupes de tissu généralement dérivées du cervelet de rongeur, maintiennent l’organisation structurelle du tissu et soutiennent diverses manipulations expérimentales analogues à celles possibles avec des cellules cultivées. Par conséquent, ces cultures permettent des études cérébelleuses dans un cadre contrôlé 31,32,33,34,35,36,37,38,39,40,41,42,43. Plus précisément, dans le contexte de l’A-T, les cultures organotypiques cérébelleuses murines se sont avérées déterminantes dans l’exploration de la DDR dans les PC déficients en ATM 40,41,42,43. Alors que les souris déficientes en ATM ne présentent qu’un phénotype cérébelleux subtil 44,45,46,47, probablement dû à des différences entre la physiologie cérébelleuse humaine et celle de la souris, l’hypothèse est que les rôles d’ATM sont largement conservés chez ces espèces. Cette notion est étayée par nos observations selon lesquelles la réponse déficiente aux DSB d’ADN dans les PC murins Atm-/- s’aligne sur celle observée dans d’autres types de cellules murines et humaines ATM/déficientes en ATM 40,41,42,43.
L’une des limites de l’analyse des réponses des PC à divers stimuli ou stress au sein des cultures organotypiques est la nécessité de s’appuyer sur l’imagerie microscopique pour les lectures. La DDR est généralement étudiée à l’aide de lectures biochimiques en vrac, bien que des marqueurs immunofluorescents courants soient également utilisés, tels que le suivi de la dynamique de formation et de résolution des foyers nucléaires de l’histone phosphorylée H2AX (γH2AX) et de la protéine 53BP1, qui sont considérés comme des indicateurs des DSB48,49. Une mesure plus large est l’imagerie fluorescente de la formation de la chaîne poly(ADP-ribose) (PAR) sur les protéines, une réponse précoce rapide et robuste aux dommages de l’ADN, en particulier aux cassures de brins 7,50. Nous avons modifié le protocole de Komulainen et al.51 pour la coloration PAR dans les cultures organotypiques cérébelleuses. Nous avons observé une réponse PAR prononcée dans les noyaux importants des CP. Nous présentons ici notre protocole affiné pour établir des cultures organotypiques cérébelleuses murines et pour visualiser la réponse PAR sous stress génotoxique.