Les modèles animaux

Plusieurs modèles animaux ont été créés pour pouvoir comprendre la maladie et mettre au point des traitements.

1.2.5.1. Les modèles murins (Tableau 4)

a) Modèles murins très sévères de SMA type Ia :

Les premiers modèles murins de SMA ont pu être développés suite à l’identification du gène murin Smn, homologue du gène humain SMN1 et situé sur le chromosome 13 (DiDonato et al., 1997; Viollet et al., 1997). Comme décrit précédemment, le gène SMN2 est retrouvé uniquement dans le génome humain (Rochette et al., 2001). L’absence totale de SMN étant létale à un stade très précoce du développement embryonnaire (Schrank et al., 1997), le premier modèle murin de SMA a été développé en invalidant le gène Smn endogène murin et en ajoutant un transgène humain hSMN2 (Smn−/−;SMN2tg/tg) (Monani et al., 2000). Ce modèle, appelé hSMN2, est utilisé comme modèle de SMA de type I et reproduit les caractéristiques de la pathologie telles que la perte des motoneurones, l’atrophie musculaire et une durée de vie réduite. A la naissance, les souris Smn−/−;SMN2tg/tg sont similaires aux souris contrôles de la même portée bien que certaines soient déjà légèrement plus petites. Les premiers symptômes de la maladie apparaissent 48h après la naissance avec une dégradation rapide de

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l’état de santé de la souris dans les jours suivants et une mort prématurée au maximum 6 jours après la naissance. Un second modèle murin sévère a été créé à partir d’une mutation retrouvée sur le gène SMN1 chez certains patients SMA. Pour cela, le gène Smn endogène a été invalidé et 2 transgènes ont été ajoutés : le premier transgène correspond aux exons 1 à 6 et à une partie de l’exon 7 codant uniquement pour les acides aminés VDQNQKE du gène

SMN1 et le second transgène au gène SMN2 (Smn−/− ; SMN1(VDQNQKE); SMN2tg/tg) (Workman

et al., 2009). Ces souris présentent une espérance de vie de l’ordre de 6,5 jours.

b) Modèles murins sévères de SMA type Ib et II :

A partir de ces 2 modèles murins très sévères, d’autres modèles moins sévères ont été développés afin de mimer la sévérité des symptômes observés chez les patients atteints de SMA de type Ib et II. Le modèle de souris « taiwanaises » qui portent une mutation particulière sur le gène Smn le rendant non fonctionnel et un transgène comprenant les gènes SMN2,

SERF1 et une partie de NAIP (Smn−/−; SMN2(2Hung)tg/tg) (Hsieh-Li et al., 2000). L’espérance de

vie de ces souris est de deux semaines environ avec l’apparition des symptômes entre 4-5 jours après la naissance. Un second modèle appelé le modèle 7, présente un phénotype similaire et a été créé en rajoutant un transgène SMNΔ7 aux souris hSMN2

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(Smn1−/−;SMN2tg/tg;SMN∆7tg/tg) (Le et al., 2005). Egalement, comme cela a été fait pour le

modèle de SMA très sévère (SMN1(VDQNQKE); SMN2tg/tg), un troisième modèle sévère de la maladie a été créé en ajoutant 2 transgènes : un gène SMN1 porteur d’une mutation A111G retrouvée dans certains cas de SMA Ib/II et le gène SMN2 (Smn–/–; SMN2tg/tg;SMN1(A111G)tg/+) (Sun et al., 2005; Workman et al., 2009). Un quatrième modèle de SMA sévère (type II) a été obtenu en croisant des animaux hétérozygotes pour le gène Smn et porteurs dans leur génome soit de deux copies de hSMN2 soit de 4 copies leur permettant d’avoir une survie médiane de 15 jours (Smn+/-; SMN2(N11)+/-; SMN2(N46)+/-) (Michaud et al., 2010). Enfin un dernier modèle proche des formes intermédiaires de la maladie a été obtenu en réalisant une substitution de 3 nucléotides de l’élément favorisant l’épissage situé au début de l’exon 7 (Smn2B/-)(Bowerman et al., 2009). Ces souris ont une survie de 28 jours.

c) Modèles murins de SMA type II et III :

Des modèles caractérisés par des symptômes moins sévères proches des caractéristiques des patients SMA de type II/III ont été également développés. Bien que des atteintes neuromusculaires soient détectables, le phénotype des animaux est peu sévère leur permettant d’atteindre l’âge adulte et d’avoir une survie normale. Le premier modèle provient des souris Smn+/- initialement générées par B.Schrank pour obtenir les animaux Smn-/-

(Schrank et al., 1997). Ces animaux ont une réduction de 50% de la protéine SMN conduisant à une diminution de 50% du nombre de MN 12 mois après la naissance sans qu’une diminution de la force musculaire ne soit observée grâce à un processus de dénervation-réinnervation des fibres musculaires (Balabanian et al., 2007; Jablonka et al., 2000; Udina et al., 2017). Un phénotype légèrement plus sévère que celui des souris Smn+/- a également été créé en invalidant le gène Gemin2 (Smn+/–; Gemin2+/–, Jablonka et al., 2002). Un troisième modèle a été obtenu en remplaçant le transgène SMNΔ7 par un transgène SMN1contenant une mutation A2G (Souris A2G, Smn−/−;SMN2tg/tg;SMN1A2G) (Monani et al., 2003). Un quatrième

modèle est obtenu par l’ajout des exons humains hSMN2 7-8 aux exons 1-6 du gène Smn murin ainsi que l’ajout d’un transgène hSMN2 aboutit également à un phénotype peu sévère (souris SmnC/C, Smn1tm5(Smn1/SMN2)Mrph, Osborne et al., 2012). Enfin une lignée Smn–/–

;SMN2+/+;SMN1(A111G)+/– a une survie augmentée du fait d’un nombre de copies du

transgène plus important que la lignée sévère.

d) Modèles murins conditionnels de SMA:

Enfin, plusieurs modèles ont été créés pour permettre d’étudier l’absence de SMN restreinte à des tissus particuliers. L’obtention de ces modèles a été rendue possible par l’ajout de séquences de recombinaison F7 autour de l’exon 7 du gène Smn (Frugier et al., 2000). Ces animaux peuvent ensuite être croisés avec d’autres modèles murins exprimant une enzyme de recombinaison Cre régulée par un promoteur tissus spécifique et éventuellement

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inductible par l’administration de tamoxifène. Les phénotypes des différents modèles obtenus seront décrits dans la partie concernant les phénotypes tissulaires observés dans la SMA.

1.2.5.2. Les gros mammifères

Le développement clinique de traitements pour la SMA nécessite le passage sur de plus gros animaux afin de confirmer l’efficacité, la non toxicité et la faisabilité des thérapies développées. Dans le cas de la SMA, plusieurs modèles sont utilisés comme le porc (Doktor et al., 2014; Duque et al., 2015).

1.2.5.3. Les autres modèles in vivo

Afin de faciliter l’étude de certains phénomènes et mécanismes moléculaires d’autres modèles ont été créés à partir d’organismes phylogénétiquement moins évolués. Un modèle largement utilisé dans cette optique est la drosophile. Plusieurs modèles ont été générés en invalidant le gène dSmn par un ARN double brin (dsARN) (Rajendra et al., 2007), en utilisant un système inductible (Miguel-Aliaga et al., 1999) ou en générant des mutations ponctuelles sur le gène dSmn (Chan et al., 2003). Des poissons zèbres et des xénopes ont également été générés en utilisant des morpholinos ou des siARN dirigés contre le gène Smn (See et al., 2014; Winkler et al., 2005; Ymlahi-Ouazzani et al., 2010) ou en créant des lignées transgéniques exprimant différents niveaux de Smn (Hao et al., 2013). Enfin, un modèle de C.elegans induit par la technologie des siARN a également été décrit (Miguel-Aliaga et al., 1999).