Les récepteurs de synthèse exclusivement activés par des médicaments de synthèse (DREADD) sont des récepteurs couplés aux protéines G modifiés qui peuvent être activés de manière sélective par des ligands synthétiques autrement inertes1. L’approche chimiogénétique est devenue un outil essentiel en neurosciences en permettant aux chercheurs d’étudier la connectivité des circuits neuronaux avec une grande précision et d’améliorer notre compréhension des fonctions cellulaires in vivo et in vitro grâce à l’activation ou à l’inhibition sélective de régions cérébrales spécifiques ou de types cellulaires 2,3.
La thérapie à base de cellules souches présente une stratégie prometteuse pour le traitement des maladies neurodégénératives. L’efficacité des cellules greffées repose sur une bonne intégration, la survie et la contribution fonctionnelle aux tissus hôtes. Une activité cellulaire incontrôlée peut entraîner des conséquences négatives, notamment une tumorigenèse4 ; nécessitant un contrôle précis de ces cellules après la transplantation. L’exploitation de la technologie DREADD dans des cellules souches humaines reprogrammées et des neurones dérivés fournit un moyen de contrôler avec précision l’activité neuronale via l’administration du médicament de synthèse CNO 2,5. Dans le contexte de la maladie de Parkinson (MP), qui se caractérise par la perte de neurones dopaminergiques, la manipulation de l’activité des neurones dopaminergiques dérivés de cellules souches est cruciale pour étudier leurs entrées synaptiques et leurs modèles de projection dans des modèles de rongeurs 6,7,8,9,10. L’incorporation des récepteurs excitateurs hM3Dq et inhibiteurs hM4Di dans ces modèles permet une modulation précise de l’activité neuronale11,12.
La combinaison d’évaluations comportementales animales et d’enregistrements électrophysiologiques permet une évaluation complète des effets de la modulation chimiogénétique sur les cellules transplantées in vivo13. Les évaluations comportementales, y compris la rotation induite par l’apomorphine, le test du cylindre et le test du rotarode, évaluent la coordination motrice et fournissent des informations sur les changements de la fonction motrice associés aux modèles expérimentaux de14. Les techniques électrophysiologiques, telles que les enregistrements par patch-clamp, permettent de surveiller en temps réel les réponses synaptiques et les potentiels d’action, offrant une vue complète de la façon dont les cellules transplantées s’intègrent dans les réseaux neuronaux existants15. En combinant des évaluations comportementales et des évaluations électrophysiologiques, nous pouvons étudier comment la modulation chimiogénétique affecte l’intégration et la fonctionnalité de ces cellules dans les circuits neuronaux de l’hôte16. Les résultats préliminaires suggèrent que l’administration de CNO module efficacement l’activité neuronale dans les cellules transplantées, ce qui entraîne une amélioration des résultats fonctionnels dans les modèles animaux.
Dans ce protocole, des cellules souches humaines reprogrammées ont été modifiées pour exprimer les récepteurs hM3Dq ou hM4Di en utilisant la technologie CRISPR (clustered regularly interspaced short palindromic repeats). Après avoir différencié des cellules souches reprogrammées modifiées en cellules précurseurs dopaminergiques du mésencéphale, ces cellules ont été transplantées dans des modèles murins de MP pour évaluer leur intégration et leur régulation fonctionnelle dans les circuits neuronaux de l’hôte à l’aide d’évaluations comportementales et d’enregistrements électrophysiologiques.