Application en neurobiologie

Tout le développement instrumental présenté dans les chapitres précédents a été motivé par différentes problématiques biomédicales. Dans ce dernier chapitre, nous allons particulièrement nous concentrer sur une de ces applications qui consiste en l’étude de l’influence du cholestérol sur la maladie d’Alzheimer. Tous les travaux rapportés ici sont le fruit d’une collaboration avec l’équipe de Marie-Claude Potier, Jack-Christophe Cossec et Catherine Marquer, du Laboratoire Neurobiologie et Diversité Cellulaire de l’ESPCI. Dans une introduction rapide sur la maladie d’Alzheimer, nous soulignons les mécanismes que nous allons étudier, à savoir l’homodimerisation d’une protéine responsable de la production du peptide amyloide. Nous annonçons ensuite les mesures que nous voulons réaliser, et pourquoi seul un dispositif comme le nôtre les rend possible. Après avoir présenté les lignées cellulaires utilisées pour nos expériences, nous rapportons les premiers résultats obtenus et les problèmes de photoblanchiment rencontrés. Nous proposons des solutions, que nous implémentons par la suite sur notre montage, pour pouvoir réaliser les mesures souhaitées dans des conditions convenables. Enfin, nous terminons ce chapitre par une conclusion relative aux mesures que nous souhaitions réaliser, et nous présentons plusieurs pistes à suivre pour répondre à notre problématique. Pour de nombreuses applications biomédicales, et spécialement pour l’analyse des interactions protéine-protéine dans les phénomènes de signalisation, d’activation et d’inhibition de protéines, il est nécessaire d’imager avec de hautes résolutions spatiale et temporelle des cellules pour étudier les processus biologiques intracellulaires. Ceci est vrai notamment en neurobiologie, où la localisation neuronale subcellulaire de nombreuses protéines, donne des informations cruciales sur leurs voies d’acheminement et sur la structure neuronale. Notre dispositif est un outil de choix pour de telles problématiques, puisqu’il permet de localiser les protéines d’intérêt au niveau de la membrane plasmique (i.e. avec une résolution subneuronale) et de détecter en parallèle leur activité grâce à la technique FLIM (qui rend l’imagerie fonctionnelle possible), tout ceci sur des cellules vivantes dans un environnement physiologique, permettant ainsi de préserver leurs fonctionnalités.

Problématique biomédicale

La fréquence élevée de la maladie d’Alzheimer fait aujourd’hui de cette pathologie un problème de santé publique majeur. Il y aurait aujourd’hui en France plus de 850 000 cas de démence [Inserm 2007]. La maladie d’Alzheimer représente globalement 70 % de ces cas. Et chaque année on compte 225 000 nouveaux cas. Au niveau mondial, le nombre de cas de démence est évalué à La fréquence élevée de la maladie d’Alzheimer fait aujourd’hui de cette pathologie un problème de santé publique majeur. Il y aurait aujourd’hui en France plus de 850 000 cas de démence [Inserm 2007]. La maladie d’Alzheimer représente globalement 70 % de ces cas. Et chaque année on compte 225 000 nouveaux cas. Au niveau mondial, le nombre de cas de démence est évalué à 24,3 millions, avec près de 4,6 millions de nouveaux cas chaque année. Avec l’allongement de la durée de vie, principalement dans les pays développés, son incidence augmente de façon vertigineuse. Le nombre de cas attendus devrait doubler tous les 20 ans, et pourrait concerner plus de 80 millions d’individus en 2040. De plus, l’étude de cette pathologie est difficile à cause des difficultés de diagnostique et de prise en charge des patients. On estime actuellement que 30 à 50% des personnes atteintes sont diagnostiquées et que 30% des patients diagnostiqués sont pris en charge [FRM 2006], [Inserm 2007]. En France, une volonté politique a été exprimée pour lutter contre cette maladie, avec le plan Alzheimer qui représente un investissement de 1,6 milliards d’euros d’ici 2012. La plus grande partie de cette somme est destinée au volet médico- social et sanitaire, et 12% seront consacrés à la recherche [Gouvernement 2007]. La maladie d’Alzheimer a été décrite pour la première fois il y a un siècle par le médecin allemand Alois Alzheimer [Alzheimer 1906]. Cette maladie est la forme de démence la plus fréquemment rencontrée. Les perturbations les plus précoces et les plus fréquentes sont des troubles bénins de la mémoire portant sur les faits récents et le plus souvent sur des détails de la vie quotidienne [Laisney 2004], [Eustache 2006]. Il s’ensuit une lente évolution des symptômes qui vont progressivement s’étendre à des troubles de l’organisation et de la programmation (fonctions exécutives) [Perry 2003], du langage (aphasie) [Murdoch 1987], une maladresse gestuelle (apraxie) [Mozaz 2006], un défaut de reconnaissance des objets, des lieux, des personnes (agnosie). La maladie s’accompagne également de divers troubles du comportement qui viennent aggraver les troubles cognitifs et peuvent diminuer la tolérance de l’entourage du patient : repli sur soi, apathie, symptômes dépressifs, troubles du sommeil, de l’appétit, agitation, hallucinations … [Aalten 2007], [Aalten 2008]. Enfin, des signes neurologiques somatiques apparaissent le plus souvent, entraînant des troubles de l’équilibre, de la marche, et augmentant le risque de chutes [Petterson 2002]. Dans la majorité des cas, la maladie d’Alzheimer apparaît comme une pathologie multifactorielle résultant de l’interaction de divers facteurs environnementaux et de facteurs génétiques qui pourraient favoriser son apparition. Mais à l’heure actuelle, on ne sait pas encore agir sur les causes de la maladie d’Alzheimer. Il existe certaines protéines dont le rôle délétère a été mis en évidence dans la maladie d’Alzheimer, mais ces entités jouent d’autres rôles dans le métabolisme. Il est indispensable de comprendre les mécanismes cellulaires, pour définir une thérapie, c’est-à- dire savoir ce qu’il faut cibler et comment le cibler. En attendant, il semble possible de réduire les facteurs de risque de la maladie. Même s’il s’agit d’une pathologie qui survient le plus souvent à un âge avancé, on s’intéresse de plus en plus globalement à la vie entière du sujet, en particulier la période 40-50 ans, plutôt qu’aux caractéristiques des sujets dans les années précédant le diagnostic. Différentes études ont identifié des « facteurs de risque » et des « facteurs de protection » [Fratiglioni 2004]. Des facteurs cardiovasculaires comme l’hypertension artérielle, le tabac, le bas niveau d’étude, le sexe féminin, l’hypercholestérolémie, le diabète ou encore les symptômes dépressifs seraient des facteurs de risque. À l’inverse, la richesse du réseau social et des activités de loisirs, une bonne hygiène de vie (activités physiques et intellectuelles), un apport suffisant en antioxydants, semblent exercer des effets protecteurs. Si elle ne permet pas d’empêcher la survenue de la maladie, au moins cette approche pourrait faire reculer de plusieurs années l’expression des symptômes. Il est également possible grâce à certains traitements pharmacologiques d’atténuer quelques symptômes invalidants, et d’améliorer un peu le confort de vie des malades.