Les cellules cérébelleuses humaines cultivées en laboratoire donneraient des indices sur l'autisme

Les cellules de Purkinje, décrites par Johannes Purkinje en 1837, sont des neurones (cellules nerveuses) dont le corps cellulaire est en forme de poire, et qui établit des synapses avec les axones des cellules en corbeille. Elles sont l'élément central du réseau synaptique du cortex cérébelleux (cortex du cervelet) puisque de nombreuses cellules du cervelet se projettent sur les cellules de Purkinje.

Or, selon les chercheurs du Boston Children's Hospital, des données de plus en plus nombreuses ont établi un lien entre le trouble du spectre de l'autisme (TSA) et le dysfonctionnement du cervelet du cerveau. Cependant, les détails restaient un peu flous. Dans une nouvelle étude publiée dans Molecular Psychiatry, les chercheurs ont utilisé la technologie des cellules souches pour créer des cellules cérébelleuses appelées cellules de Purkinje chez des patients atteints du complexe de la sclérose tubéreuse (TSC), un syndrome génétique qui inclut souvent des caractéristiques TSA. En laboratoire, les cellules présentaient plusieurs caractéristiques qui peuvent aider à expliquer comment les TSA se développent au niveau moléculaire.

TSC, une maladie rare dans laquelle des tumeurs bénignes se développent dans plusieurs organes du corps, est associée à des TSA dans près de la moitié des cas. Les chercheurs rapportent que des autopsies cérébrales antérieures ont révélé que les patients atteints de TSC, ainsi que les patients atteints de TSA, présentaient un nombre réduit de cellules de Purkinje, le principal type de neurone communiquant avec le cervelet. Dans une étude datant de 2012, les chercheurs ont assommé un gène TSC (Tsc1) dans les cellules de Purkinje et ont découvert des déficits sociaux et des comportements répétitifs chez les souris, ainsi que des anomalies dans les cellules. 

Afin de pousser plus loin l'étude, les chercheurs ont transposé leurs observations sur les humains, en étudiant les cellules de Purkinje dérivées de trois patients avec TSC (deux avaient également des symptômes de TSA, et tous les trois avaient aussi l'épilepsie). Selon les chercheurs, les neurones dérivés de cellules souches sont proches d'un état fœtal, récapitulant la différenciation précoce des cellules. Afin de fabriquer les cellules, les chercheurs ont d'abord créé des cellules souches pluripotentes induites à partir des cellules sanguines ou des cellules de la peau des patients, puis les ont différenciées en cellules progénitrices neurales et finalement en cellules de Purkinje. Ils les ont ensuite comparés avec des cellules de Purkinje provenant de personnes non affectées (parents ou témoins appariés selon le sexe) et avec des cellules dont la mutation TSC a été corrigée en utilisant l'édition du gène CRISPR-Cas9. Les chercheurs mentionnent avoir observé des changements. Les cellules sont plus grandes et tirent moins que les cellules témoins, soit ce qu'Ils avaient préalablement observé chez les souris.


Les cellules de Purkinje avec le défaut génétique TSC étaient plus difficiles à différencier des cellules progénitrices neurales, suggérant que TSC pouvait nuire au développement précoce du tissu cérébelleux. À l'examen, les cellules de Purkinje dérivées du patient ont révélé des anomalies structurelles dans les dendrites (les neurones que les neurones utilisent pour capter les signaux) et des signes d'altération du développement des synapses (jonctions avec d'autres neurones). Les cellules TSC Purkinje ont également montré une suractivation d'une voie de croissance cellulaire appelée mTOR. En conséquence, les chercheurs ont traité les cellules avec de la rapamycine, un inhibiteur de mTOR qui est déjà utilisé cliniquement dans le TSC pour réduire la taille des tumeurs liées au TSC et prévenir les crises liées au TSC.

Ajouté à des cellules dérivées de patients en culture, la rapamycine a permis le développement de plus de cellules précurseurs de Purkinje, amélioré le fonctionnement de leurs synapses et augmenté leur tendance au feu. Enfin, les chercheurs ont également comparé quels gènes étaient «activés» dans les cellules de Purkinje par les patients TSC par rapport aux témoins. De façon inattendue, les cellules dérivées du patient ont montré une production réduite de FMRP, une protéine qui est associée au syndrome du X fragile, une cause génétique commune de TSA et de déficience intellectuelle. FMRP est connu pour aider à réguler la fonction des synapses, de sorte qu'il peut contribuer aux anomalies observées dans le fonctionnement des cellules de Purkinje dans TSC. 

L'analyse a également révélé une production réduite de deux protéines importantes pour la communication neurone-neurone au niveau des synapses, soit la synaptophysine et une protéine du récepteur du glutamate. Selon les chercheurs, l'étude a été la première à créer des cellules de Purkinje humaines en utilisant les propres cellules souches des patients TSC. Pour leurs  prochaines études, les chercheurs espèrent générer un plus grand nombre de cellules dérivées de patients afin d'étudier les différences entre les patients atteints de TSC seul et ceux qui ont également un TSA. De plus, ils espèrent utiliser la plateforme cellulaire de Purkinje afin d'étudier d'autres troubles génétiques liés aux TSA, y compris la mutation du chromosome X et de la mutation SHANK3, et pour tester des médicaments potentiels. Les chercheurs prévoient également créer d'autres types de neurones pour modéliser les TSA.