《Journal of Neuroinflammation》Interprétation d’une recherche importante de 2024 : Impact de la perte de Park7/DJ-1 sur l’activation des microglies

Contexte académique

La maladie de Parkinson (Parkinson’s Disease, PD) est la deuxième maladie neurodégénérative la plus commune, caractérisée principalement par l’accumulation d’α-synucléine (α-synuclein) et la perte progressive de neurones dopaminergiques. Le vieillissement est le principal facteur de risque pour le PD, mais des facteurs environnementaux tels que l’exposition aux pesticides et les infections sont également considérés comme favorisant l’apparition et la progression du PD. Des recherches récentes ont montré que les microglies sont activées aux stades précoces de la PD et dans des zones anatomiquement pathologiques telles que la substance noire (SUBstantia Nigra). Cependant, le rôle spécifique des microglies dans le PD n’est pas encore entièrement élucidé.

Afin de mieux comprendre le rôle des microglies dans le PD, cette étude a utilisé un modèle de déficience en gène Park7/DJ-1. Le gène Park7 code pour la protéine multifonctionnelle DJ-1, connue pour jouer un rôle dans la régulation transcriptionnelle et la réponse anti-oxydante. La perte de DJ-1 due à une mutation génétique de Park7 est une cause génétique de PD à déclenchement précoce. Cette étude vise à enquêter sur le programme transcriptionnel et l’adaptation morphologique des microglies sous déficience de Park7/DJ-1 dans une réponse inflammatoire induite par le lipopolysaccharide (LPS), validant l’hypothèse des multiples frappes, qui stipule que l’étiologie du PD est déterminée par une combinaison de facteurs de risque génétiques et environnementaux.

Source de recherche

Cette recherche a été rédigée par Frida Lind-Holm Mogensen, Carole Sousa et autres, affiliés à l’Institut Luxembourgeois de la Santé, l’Université du Luxembourg, l’Université de Dortmund, entre autres. L’article a été publié dans l’édition 2024 du journal «Journal of Neuroinflammation».

Procédure et méthodes de recherche

Conception de l’étude

L’étude utilise des souris knockout (KO) pour le gène Park7/DJ-1 et des souris de type sauvage, ainsi que des microglies dérivées de cellules souches pluripotentes induites (iPSC) humaines mutées Park7/DJ-1 et des macrophages dérivés de moelle osseuse (BMDMs), soumis à un stimulus inflammatoire induit par le LPS, en utilisant le séquençage d’ARN monocellulaire (scRNA-seq), le séquençage d’ARN à grande échelle, la cytométrie en flux et l’analyse par immunofluorescence, pour comparer de manière approfondie leurs caractéristiques phénotypiques.

Étapes expérimentales

1. Modèle animal et génotypage

   • Utilisation de souris KO Park7/DJ-1 âgées de 3-4 mois et de souris de type sauvage de la même portée.
   • Génotypage des souris par PCR pour confirmer la perte de Park7/DJ-1.

2. Isolation cellulaire et tri cellulaire par cytométrie en flux

   • Injection de LPS ou de solution saline physiologique (PBS) comme contrôle chez la souris, suivi de la séparation des microglies CD11b+CD45int par coloration en cytométrie en flux.

3. Séquençage d’ARN et analyse des données

   • Séquençage d’ARN monocellulaire (Drop-seq) sur les microglies isolées.
   • Analyse en composantes principales (PCA) et analyse d’expression génique différentielle.

4. Analyse morphologique cellulaire

   • Caractérisation morphologique des microglies par immunofluorescence et imagerie microscopique 3D.
   • Classification de la morphologie des microglies et des cellules immunitaires à l’aide de l’outil développé en interne MIC-MAC 2.

5. Différenciation et traitement des macrophages dérivés de la moelle osseuse

   • Isolation des cellules de la moelle osseuse chez les souris KO Park7/DJ-1 et de type sauvage, et induction en macrophages.
   • Traitement des macrophages dérivés de la moelle osseuse avec le LPS, analyse de l’expression génique et des changements morphologiques.

6. Analyse de microglies dérivées de cellules souches pluripotentes induites

   • Induction de microglies à partir d’iPSC portant la mutation Park7, analyse de l’expression génique et étude morphologique.

Principaux résultats de la recherche

Analyse de l’expression génique

1. Expression génique différentielle

   • Les microglies des souris KO Park7/DJ-1 montrent un profil d’expression génique différent de celui des souches sauvages après traitement par le LPS, notamment une diminution des gènes liés à l’interféron de type II et à la réponse aux dommages à l’ADN.
   • Chez les microglies dérivées d’iPSC, la perte de Park7/DJ-1 entraîne également une diminution similaire de l’expression génique après le traitement par le LPS.

2. Analyse d’enrichissement des gènes

   • L’analyse GO (Gene Ontology) montre qu’après traitement au LPS, les gènes liés à la réponse aux dommages à l’ADN sont up-régulés dans les microglies des souris KO Park7/DJ-1, reflétant l’implication de mécanismes de réparation et de tolérance.
   • Chez les microglies dérivées d’iPSC humaines, le traitement au LPS entraîne une diminution de l’expression des gènes liés à la réponse immunitaire et aux signaux d’interféron.

Analyse de la morphologie cellulaire

1. Morphologie de base

   • Les microglies de souris KO Park7/DJ-1 montrent une morphologie plus dense dans l’état basal comparativement à celles de type sauvage, avec moins de ramifications et de prolongations, indiquant une structure plus compacte.

2. Adaptation morphologique après traitement au LPS

   • Après traitement au LPS, les microglies des souris KO Park7/DJ-1 montrent une adaptabilité morphologique réduite, préservant une forme plus dense comparativement aux souches sauvages, avec moins de transitions vers des morphologies ramifiées.

Analyse des niveaux de ROS (Reactive Oxygen Species)

• Évaluation des niveaux de ROS des microglies et macrophages des souris KO Park7/DJ-1 par imagerie in vivo.
  • Les résultats montrent que tant dans les conditions basales qu’après le traitement au LPS, les cellules KO Park7/DJ-1 présentent des niveaux accrus de ROS dans le cytoplasme et les mitochondries, avec une diminution du potentiel de membrane mitochondriale, reflétant un manque de réponse au stress cellulaire et de mécanismes compensatoires.

Conclusion de la recherche

Cette étude montre que la perte du gène Park7/DJ-1 a un impact significatif sur la capacité de réaction des microglies dans des conditions inflammatoires. En particulier : - Diminution de l’expression génique : en particulier les gènes liés au chemin de l’interféron de type II. - Adaptabilité morphologique réduite : sous une inflammation systémique induite par le LPS, les microglies avec une perte à long terme de Park7/DJ-1 montrent moins de transitions vers des formes ramifiées, conservant une structure plus compacte. - Augmentation des niveaux de ROS : les cellules avec une perte de Park7/DJ-1 présentent des niveaux accrus de ROS dans les conditions basales et après le traitement au LPS, reflétant un stress oxydatif et une défaillance des mécanismes de réparation.

Signification et valeur de la recherche

Les découvertes de cette étude ont une importance cruciale pour comprendre la pathologie du PD et pour le développement de stratégies thérapeutiques potentielles. En révélant l’impact du déficit en Park7/DJ-1 sur la réponse et l’adaptabilité morphologique des microglies, cela aidera à mieux comprendre les mécanismes de la maladie du PD, en particulier son rôle dans l’inflammation neurologique. Ceci offre de nouvelles perspectives pour développer des approches thérapeutiques ciblées, telles que l’amélioration de la défense antioxidante des microglies ou la régulation de leur réponse inflammatoire, pour ralentir ou prévenir la progression du PD. De plus, l’étude a réussi à utiliser la technologie iPSC, ce qui aidera les recherches futures à explorer davantage la pathologie et le traitement du PD dans des modèles cellulaires humains.

A travers une analyse détaillée et multicouche, cette étude a révélé le rôle clé de Park7/DJ-1 dans la régulation de la fonction et de la morphologie des microglies, offrant ainsi de nouvelles directions potentielles pour le diagnostic précoce et l’intervention dans le PD.