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Santé Mentale - Addictions (SAMENTA)
Edition 2013


miR-Dep


Implication des microARN dans la réponse aux antidépresseurs SRI

Comprendre le mode d’action du Prozac pour améliorer les traitements de la dépression
Les antidépresseurs de type « Serotonin Reuptake Inhibitor » (SRI), dont le chef de file est le Prozac, sont utilisés depuis les années 80 pour traiter la dépression. Les bases moléculaires de l’effet bénéfique des SRI ou de la résistance aux SRI demeurent énigmatiques. L’enjeu est d’identifier ces mécanismes pour améliorer les approches thérapeutiques de la dépression.

Mécanismes cellulaires et moléculaires supportant l’action bénéfique du Prozac
La dépression concerne plus de 350 millions d’individus dans le monde selon les données de l’OMS, ce qui fait de cette maladie un enjeu en matière de santé publique. L’état dépressif est associé à une diminution dans le cerveau de la quantité de sérotonine, qui régule entre autre l’humeur, l’anxiété ou l’appétit. Les antidépresseurs SRI (Prozac) agissent sur les neurones sérotoninergiques afin de palier au déficit en sérotonine. Nos travaux antérieurs avaient permis de montrer que le Prozac, en agissant sur les neurones sérotoninergiques du raphé, mobilise une autre région du cerveau, le locus coeruleus, qui contient des neurones capables de synthétiser un autre neuromédiateur, la noradrénaline. Les neurones noradrénergiques se mettent alors à synthétiser et à libérer de la sérotonine, créant une nouvelle source de sérotonine dans le cerveau, ce qui sous-tend l’effet bénéfique du Prozac. Ce déverrouillage de fonction sérotoninergique dans les neurones noradrénergiques est permis grâce à la chute du niveau d’expression d’un petit ARN, le microARN mir-16. En réponse au Prozac, les neurones sérotoninergiques émettent une molécule-signal, le facteur S100ß, qui agit sur les neurones noradrénergiques et induit la diminution de mir-16 et la synthèse de sérotonine.
L’objectif du projet miR-Dep est de cerner les mécanismes par lesquels les antidépresseurs (SRI) agissent sur les neurones sérotoninergiques ainsi que sur les neurones noradrénergiques via S100ß. Face à la résistance de certains patients à un traitement aux antidépresseurs SRI, identifier les acteurs (microARN, molécules-signal, récepteurs, enzymes…) impliqués dans la réponse Prozac pourrait permettre d’améliorer les stratégies thérapeutiques pour lutter contre la dépression.

D’une cellule souche neuronale aux modèles animaux de dépression
Nous exploitons une cellule souche neuronale capable de se différencier en neurones sérotoninergiques ou noradrénergiques pour identifier les mécanismes cellulaires et moléculaires par lesquels le Prozac exerce son effet direct sur les neurones sérotoninergiques et à distance sur les neurones noradrénergiques. Etant donné la constellation des signaux qui baignent le cerveau, ces systèmes cellulaires en culture totalement homogènes nous permettent de décrypter la nature et la séquence d’événements (c’est-à-dire des cribles moléculaires) supportant l’action bénéfique des antidépresseurs. La pertinence de nos résultats in vitro est alors testée in vivo sur des souris dans lesquelles on peut induire un état dépressif et traitées au Prozac.

Résultats

Dans les neurones sérotoninergiques, le Prozac interagit avec le transporteur de la sérotonine, bloque son activité de transport de la sérotonine, et accroît la concentration de sérotonine externe qui palie au déficit de sérotonine mesuré chez les patients déprimés. Nos travaux en cours indiquent que cette augmentation de sérotonine externe induite par le Prozac stimule un récepteur présent à la membrane des neurones sérotoninergiques, le récepteur 5-HT2B, sensible à la sérotonine qui déclenche la sortie du neuromédiateur par les neurones sérotoninergiques. C’est aussi le récepteur 5-HT2B qui commande la libération de la molécule signal S100ß. Le récepteur 5-HT2B émerge comme un relai de la réponse « Prozac » des neurones sérotoninergiques. Ce résultat est confirmé in vivo en montrant que des souris n’exprimant plus le récepteur 5-HT2B sont insensibles à l’action du Prozac.
S100ß libéré par les neurones sérotoninergiques en réponse au Prozac induit dans les neurones noradrénergiques la diminution de mir-16 mais également de deux autres microARN qui pourraient aussi contribuer au déverrouillage des fonctions sérotoninergiques. Nos travaux dévoilent aussi une nouvelle cascade de réactions dans laquelle le Prozac, via S100ß, active, dans les neurones noradrénergiques, un facteur protéique (hnRNPK) qui participe au déverrouillage des fonctions sérotoninergiques. hnRNPK activé semble en effet capable de contrer l’effet inhibiteur de mir-16 sur l’expression des fonctions sérotoninergiques et ainsi débloquer la synthèse de sérotonine par les neurones noradrénergiques.

Perspectives

Nos travaux identifient de nouveaux acteurs impliqués dans le dialogue raphé-locus coeruleus en réponse au Prozac. Ils définissent ainsi de nouveaux cribles permettant de tester l’action et l’efficacité des antidépresseurs, un pré-requis pour optimiser les protocoles thérapeutiques destinés à lutter contre la dépression. Nos travaux dépassent en outre le cadre de la dépression et pourraient expliquer certains événements délétères associés à la maladie d’Alzheimer (AD). Dans AD, le locus coeruleus est une des premières structures affectées par la maladie et de fortes concentrations de S100ß sont mesurées dans le cerveau des patients AD. Nos données préliminaires indiquent qu’une forte dose en S100ß altère drastiquement les fonctions noradrénergiques suite à une augmentation conjointe de mir-16 et de deux autres microARN. Comprendre la relation fonctionnelle S100ß-microARN-expression des fonctions neuronales dans le contexte « Prozac » permet d’appréhender certains mécanismes de neurodégénérescence associés à AD et de définir de nouvelles cibles thérapeutiques.

Productions scientifiques et brevets

Un article décrivant les mécanismes fins de la réponse des neurones sérotoninergiques et noradrénergiques au Prozac est en cours d’écriture.

Partenaires

 INSERM UMR-S 747 Lab. Cellules Souches, Signalisation et Prions (Eq. 5)

INSERM Laboratoire Biomarqueurs de l'Insuffisance Cardiaque

Aide de l'ANR 297 800 euros
Début et durée du projet scientifique novembre 2013 - 42 mois

Résumé de soumission

Le développement de nouvelles thérapies contre la dépression sévère requiert une meilleure compréhension de la physiopathologie de la dépression et des mécanismes d'action des antidépresseurs. La quasi-totalité des antidépresseurs actuellement prescrits ont pour cible les systèmes sérotoninergiques et/ou noradrénergiques. Décrypter l'action des antidépresseurs sur les neurones sérotoninergiques et noradrénergiques revêt ainsi un intérêt tout particulier. Cet objectif peut difficilement être atteint in vivo, du fait de la constellation des signaux et de la multiplicité des types cellulaires. Récemment, nos 2 équipes ont pu mettre en évidence un nouveau mode d'action du Prozac en exploitant la lignée neuronale 1C11, capable d'acquérir selon les inducteurs toutes les fonctions des neurones sérotoninergiques ou noradrénergiques, de façon mutuellement exclusives et avec des fréquences proches de 100%. Le Prozac (fluoxétine) est un antidépresseur de la classe des "serotonin reuptake inhibitor" (SRI), dont la cible pharmacologique est le transporteur de la sérotonine (SERT). Nous avons montré que dans les neurones sérotoninergiques, le Prozac induit une augmentation d'un microARN, miR-16, qui a pour effet de diminuer la traduction de sa cible, l'ARNm du SERT. Le Prozac induit également la libération de différentes molécules de signalisation - S100beta, BDNF, Wnt2 et 15dPGJ2 - qui relayent l'action à distance du Prozac à partir des neurones sérotoninergiques. Nos données indiquent que S100beta agit sur les neurones noradrénergiques in vitro en induisant une diminution de miR-16 qui permet de dévérouiller l'expression du SERT et celle d'autres fonctions sérotoninergiques, tout en préservant les fonctions noradrénergiques. Les neurones noradrénergiques deviennent ainsi sensibles aux SRI et une nouvelle source de sérotonine. De manière importante, nos résultats obtenus in vitro ont pu être validés in vivo dans le raphé et le locus coeruleus, et nous avons pu démontrer un effet bénéfique de la régulation de miR-16 par le Prozac dans un modèle murin de dépression. Nos données ont en outre permis d'étayer une action à distance de BDNF, Wnt2 et 15dPGJ2 au niveau de l'hippocampe. Chez la souris, ces signaux agissent en synergie pour diminuer miR-16, qui, à son tour, favorise la neurogenèse dans l'hippocampe. Au niveau translationnel, une augmentation de ces trois signaux a été mesurée dans le LCR de souris traitées au Prozac, et également dans le LCR patients dépressifs après traitement au Prozac.
Dans la continuité des ces travaux, notre objectif est de décrypter la réponse intégrée des neurones sérotonergiques aux SRI. Nous nous intéresserons également aux mécanismes qui sous-tendent la plasticité des neurones noradrénergiques et l'acquisition d'un phénotype mixe sérotoninergique-noradrénergique en réponse à S100beta. Une question majeure concerne le maintien à long-terme et la réversibilité des fonctions sérotoninergiques dans les neurones noradrénergiques.
Notre stratégie expérimentale reposera principalement sur les dérivés différenciés sérotoninergiques et noradrénergiques de la lignée 1C11 afin de rechercher les effecteurs (récepteurs, couplages et cibles en aval) et les voies de signalisation mis en jeu et de définir des scénarios moléculaires que nous tenterons de valider in vivo chez la souris, voire dans le LCR de patients dépressifs.
Un atout du projet est la complémentarité de nos 2 équipes qui a déjà permis de dévoiler l'action du Prozac via miR-16. Notre projet devrait permettre de mieux appréhender les cascades moléculaires mobilisées par le Prozac dans neurones sérotoninergiques et noradrénergiques, un prérequis pour définir de nouveaux cribles de l'action et de l'efficacité des antidépresseurs et optimiser les protocoles thérapeutiques.

 

Programme ANR : Santé Mentale - Addictions (SAMENTA) 2013

Référence projet : ANR-13-SAMA-0001

Coordinateur du projet :
Madame Odile KELLERMANN (INSERM UMR-S 747 Lab. Cellules Souches, Signalisation et Prions (Eq. 5))

 

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L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.