Apports des modèles in vitro

L’utilisation de des cellules souches embryonnaires (ESC) murines, différenciées en cellules souches pluripotentes (PSC), puis en cellules souches neurales (NSC) ont permis d’identifier plusieurs défauts développementaux liés à la perte et/ou à la mutation de la HTT. Ainsi Lo Sardo et coll., en utilisant des ESC dans lesquelles la HTT été inactivée, ont mis en évidence le rôle de la HTT dans les étapes précoces du développement neural. In vitro, les ESC se

97

différencient en cellules neuroépithéliales qui s’organisent ensuite en une structure arrondie mimant un tube neural ou « rosettes » et ce mécanisme est hautement dépendant de l’adhésion cellulaire (Lo Sardo 2012). Dans cette étude, les auteurs rapportent que la HTT, en régulant l’interaction homotypique entre les cellules neuroépithéliales, est indispensable à la formation de rosettes. Cette fonction est médiée par l’augmentation de l’activité de la métalloprotéase ADAM10 et le défaut du maintien de la N-cadhérine membranaire (Lo Sardo 2012).

L’étude de la prolifération des PSC induites (iPSC) est plus sujette à débat. En effet, la capacité à proliférer des iPSC produites à partir de patients humains ne montre pas d’anomalies (Castiglioni 2012; Conforti 2013). D’autres études chez la souris font cependant état de défauts de, notamment dans les cellules dérivées des modèle knock-in Q140, dont la prolifération est augmentée et knock-in Q111, dans lesquelles la prolifération est réduite (Nguyen 2013; Ritch 2012). Une autre étude, dans laquelle des lignées ESC isogéniques sont utilisées (c’est-à-dire que les cellules expriment la HTT avec des longueurs différentes de l’expansion CAG – ici de 20 à 140 répétitions- avec un fond génétique identique) pour générer des NSC, ne montre aucun effet de la mutation sur la prolifération cellulaire (Conforti 2013). Néanmoins, les auteurs soulignent que les NSC mutées sont sensibles à l’apoptose dépendante des caspases. Les différentes expansions testées conduisent à une large diminution du nombre de neurones associée une augmentation de cellules exprimant GFAP (marqueur d’astrocyte) et une diminution de la production d’ARNm codant le BDNF (Conforti 2013). Ce qui soulève le rôle possible de la HTT dans la détermination du devenir cellulaire.

Les travaux de Nguyen et coll. sont particulièrement intéressants car ils rapportent que la perte de HTT (KO) et sa mutation (Knock in Q111) contribuent à un défaut de maturation des NSC (Nguyen 2013). En effet, ils montrent que l’inactivation de la HTT réduit la prolifération tandis que sa mutation favorise la différenciation et conduit à l’apparition précoce de NSC Nestin-postives (marqueur des progéniteurs neuronaux). A des stades plus tardifs, la mutation induit également une neurogenèse précoce. En revanche, l’inactivation de la HTT conduit à l’effet opposé, avec une quasi absence de neurones générés. Les auteurs attribuent ces observations à l’activation différentielle de l’expression des gènes HES connus pour réguler la différenciation neuronale : Ces gènes HES sont ainsi surexprimés en absence de HTT et réprimés en présence de la mutation (Nguyen 2013).

Ring et coll. ont étudié les variations transcriptomiques dans les iPSC humaines avec et sans répétions pathogéniques en se focalisant sur le développement du striatum dorsal. Par cette approche, les auteurs ont identifié des dérégulations de l’expression de facteurs clés de la différenciation neuronale, dont le gène pro-neural NeuroD1 et le répresseur de la transcription

98

REST, tous deux impliqués dans la corticogenèse (Ring 2015, voir chapitre Facteur intrinsèque - Régulation de la transcription). L’expression de NeuroD1 est réduite dans lignées porteuses de la mutation tandis que REST est lui surexprimé. Ces modulations d’expression génique ont été confirmées par une étude plus récente dans laquelle trois lignées d’iPSC humaines non pathogéniques et cinq lignées pathogéniques portant différentes expansions polyQ ont été comparées (The HD iPSC consortium 2017). Enfin, il est important de souligner que d’autres gènes impliqués dans la maturation neuronale sont dérégulés : une augmentation de l’expression des Netrine-1, Unc5d et DCC est observé, toutes ces protéines étant impliquées sont dans la croissance dendritique et axonale (Ring 2015).

Plus récemment, Conforti et coll. se sont focaliser sur le développement cortical et striatal dans un modèle de rosettes issues d’iPSC humaines (Conforti 2018). Ils rapportent des défauts d’induction du neurectoderme ventral, dont émerge le striatum, qui sont associés à la diminution des marqueurs spécifiques GSX2, CTIP2 et MAP2, ce qui suggère un défaut de différenciation. En parallèle, ils notent une réduction de l’expression de TBRβ et TBR1, marqueurs des progéniteurs intermédiaires corticaux et des neurones de la couche VI, respectivement. Ces défauts sont par ailleurs associés à une désorganisation de la cytoarchitecture des organoïdes corticaux produits. Enfin, les auteurs soulèvent ici encore la sur-activation de ADAM10 en condition mutée, ce qui induit des défauts d’intégrité tissulaire des organoïdes corticaux du au clivage excessif de la NCAD (Conforti 2018).

Une étude comparant des iPSCs dérivant des souris YAC128 et de patients a révélé que plusieurs voies moléculaires connues de la pathologie étaient dérégulées dans ces modèles in vitro de développement. En effet, la voie WNT, impliquée dans plusieurs étapes du développement du cortex cérébral, est suractivée comme le démontre l’augmentation déphosphorylation de la -caténine. Les MAPK Kinases Erk1/2 sont elles aussi dérégulées. De plus, les auteurs ont identifié une dérégulation de la protéine p53 qui interagit avec la HTT ainsi qu’avec la voie WNT et MAPK (Szlachcic 2015).

Plus récemment, une approche utilisant des cellules souches embryonnaires humaines a montré que les cellules différenciées en neuroblastes présentaient une instabilité chromosomique au cours de la neurogenèse (Ruzo 2018). Cette instabilité était notamment corrélée à la longueur de la répétition CAG et reproduite dans les cellules déplétées en HTT, soulignant un nouveau rôle de la HTT sauvage pour lequel la mHTT n’est pas capable de reproduire la fonction.

99