Le laboratoire des mécanismes moléculaires des protéinopathies : cellules souches pluripotentes induites et aptamères - LPiA - développe des technologies de pointe reposant sur des modèles cellulaires dérivés de cellules souches pluripotentes induites (iPSC) et sur des approches fondées sur les aptamères, afin de décrypter les mécanismes moléculaires à l’origine des protéinopathies et d’améliorer les stratégies diagnostiques et thérapeutiques appliquées aux maladies neurodégénératives. Le laboratoire s’appuie sur les plateformes Aptamères et L2 iPSC, qui associent des équipements de pointe à une expertise dédiée.
Axes de recherche
Axe 1 – Déterminants moléculaires et cellulaires des synucléinopathies
L'équipe étudie la manière dont les fibrilles pathogènes d’α-synucléine induisent la neurodégénérescence dans les synucléinopathies, telles que la maladie de Parkinson et la démence à corps de Lewy. À l’aide de modèles neuronaux et gliaux humains dérivés d’iPSC, comprenant des cocultures 2D et des organoïdes cérébraux 3D, l'équipe analyse comment différentes conformations fibrillaires perturbent l’homéostasie cellulaire et induisent une vulnérabilité spécifique selon le type cellulaire.
Des approches interactomiques et biochimiques permettent d’identifier les principales protéines cellulaires qui se lient aux fibrilles d’α-synucléine et sont susceptibles de moduler leur toxicité. Ces protéines constituent de nouvelles cibles potentielles pour des interventions thérapeutiques. En parallèle, l'équipe étudie l’influence de facteurs environnementaux, en particulier des nanoplastiques, sur la formation et la propagation des fibrilles ainsi que sur les phénotypes associés aux synucléinopathies.
Illustration d’un modèle humain de synucléinopathie dérivé d’iPSC : des neurones corticaux issus d’iPSC humaines de type sauvage (WT), surexprimant la forme sauvage de SNCA et exposés à des fibrilles exogènes d’α-synucléine, présentent des structures analogues aux corps et aux neurites de Lewy. @MIRCen, CEA
Axe 2 – Aptamères spécifiques de conformation pour le diagnostic des protéinopathies
Les maladies neurodégénératives se caractérisent par l’accumulation d’agrégats protéiques fibrillaires adoptant des conformations spécifiques de chaque pathologie. Le laboratoire développe des aptamères résistants aux nucléases et sélectifs de certaines conformations afin de détecter et de différencier ces structures pathogènes dans des échantillons de patients. En collaboration avec Jorge Fernandez-de-Cossio-Diaz (CEA/DRF/IPhT), l'équipe étudie également comment l’intelligence artificielle (IA) générative peut être utilisée pour optimiser ces aptamères.
À l’aide de processus d’évolution moléculaire — SELEX (Systematic Evolution of Ligands by EXponential enrichment) — nous avons identifié des aptamères capables de se lier sélectivement à différents polymorphes fibrillaires d’α-synucléine. Nous avons également développé et breveté AptaFOOT-Seq, une technologie d’empreinte moléculaire fondée sur le séquençage à haut débit, qui fonctionne comme un « piano moléculaire » capable de différencier les fibrilles associées à la maladie de Parkinson (MP), à la démence à corps de Lewy (DCL) et à l’atrophie multisystématisée (AMS).
Cette plateforme est actuellement étendue à d’autres protéinopathies, notamment aux tauopathies, dans l’objectif de permettre un diagnostic précoce et un sous-typage moléculaire, afin de soutenir le développement de stratégies thérapeutiques personnalisées.
Illustration de la méthode AptaFOOT-Seq, qui agit comme un « piano moléculaire » permettant de distinguer les polymorphes fibrillaires d’α-synucléine associés à la maladie de Parkinson (MP), à la démence à corps de Lewy (DCL) et à l’atrophie multisystématisée (AMS). @MIRCen, CEA
Axe 3 – Développement des thérapies cellulaires et géniques (MTI) et des contre-mesures médicales
Le laboratoire participe activement aux initiatives Biothérapies et Bioproduction de Thérapies Innovantes (BBTI) et Maladies infectieuses émergentes (MIE), lancées par le Gouvernement français dans le cadre du programme France 2030.
Dans le cadre du PEPR-BBTI « BIOSCALE », le laboratoire cherche à lever certains verrous liés à la production de vecteurs AAV destinés à la thérapie génique, en développant des technologies de purification par affinité reposant sur des aptamères. Cette approche constitue une alternative robuste, facilement transposable à grande échelle et économiquement avantageuse aux méthodes fondées sur les anticorps. Nous évaluons également, en collaboration avec le laboratoire MoBiPro, l’utilisation de ces aptamères pour le contrôle qualité des lots d’AAV.
Représentation schématique du procédé de chromatographie fondé sur des aptamères pour la capture et la purification des AAV. @MIRCen, CEA
Le PEPR-BBTI « iPSC France » vise à développer des greffons neuronaux dérivés d’iPSC capables d’échapper à la réponse immunitaire afin de surmonter le rejet allogénique et d’évaluer leur potentiel thérapeutique dans des modèles de maladie de Huntington. Cette approche est menée dans un véritable contexte allogénique grâce à la disponibilité de greffons neuronaux dérivés d’iPSC de primates non humains (PNH) et à un modèle de maladie de Huntington chez le PNH, en collaboration avec le laboratoire LATRAPS.
Dans le cadre du PEPR-MIE « CATMOS », le laboratoire développe des aptamères ciblant des virus responsables de maladies infectieuses, en vue de leur surveillance dans l’environnement.
Enfin, le laboratoire LPiA est l’un des partenaires de RESILIENCE, l’Alliance stratégique européenne pour la recherche, le développement et l’innovation sur les contre-mesures médicales face aux menaces NRBC. Dans le cadre de l’accord-cadre de partenariat RESILIENCE 2024, le laboratoire participe à la caractérisation in cellulo de contre-mesures médicales visant les intoxications synaptiques.
Illustration d’une colonie de cellules iPS indifférenciées de primate non humain (iPSC-PNH ; à gauche) et d’un organoïde striatal dérivé d’iPSC-PNH (au centre). Enregistrement par imagerie calcique à l’aide d’un lecteur de plaques cinétique de l’activité synaptique synchronisée de réseaux corticaux humains dérivés d’iPSC, avant et après exposition à la tétrodotoxine (TTX), bloqueur des canaux sodiques, ou à la bicuculline (BIC), antagoniste compétitif des récepteurs ionotropes GABAA. @MIRCen, CEA
Axe 4 – Innovation dans les thérapies fondées sur les oligonucléotides
Cet axe porte sur le développement d’oligonucléotides thérapeutiques de nouvelle génération, notamment les oligonucléotides antisens (ASO), les molécules d’interférence par ARN et les aptamères, utilisés comme outils de précision pour moduler les voies moléculaires responsables des maladies. Si ces modalités thérapeutiques offrent une spécificité exceptionnelle et permettent une production chimique aisément transposable à grande échelle, leur utilisation clinique reste limitée par leur faible stabilité, leur pénétration cellulaire insuffisante et leurs effets hors cible.
Une première application concerne la thérapie par ASO dans la maladie de Huntington. Des neurones dérivés d’iPSC de patients reproduisent les principales caractéristiques pathologiques de la maladie et constituent un système robuste pour évaluer les stratégies visant à diminuer l’expression de HTT.
En parallèle, nous élargissons la diversité chimique des acides nucléiques au moyen d’une stratégie de sélection originale et brevetée, XENO-SELEX, qui permet d’identifier des aptamères chimiquement modifiés ainsi que des acides nucléiques catalytiques capables de cliver l’ARN, présentant une affinité, une stabilité et une activité accrues.
Enfin, nous explorons le potentiel thérapeutique d’aptamères ciblant l’α-synucléine afin de bloquer la propagation des fibrilles selon un mécanisme de type prion. Des modèles pathologiques dérivés d’iPSC humaines sont utilisés pour évaluer leur capacité à limiter l’internalisation des fibrilles, leur amorçage intracellulaire ainsi que la neurotoxicité qui en découle. Ces travaux ouvrent la voie à de nouvelles approches thérapeutiques fondées sur les oligonucléotides pour le traitement des protéinopathies.
Illustration d’un aptamère pouvant être chimiquement modifié après une réaction de « chimie click » (modèle généré à l’aide du serveur AlphaFold3). @MIRCEn, CEA
Axe 5 – Analyse structurale, cellulaire et protéomique des protéinopathies liées à l’α-synucléine et à Tau
Le laboratoire développe des tests d’amplification des graines protéiques (seed amplification assays) et des méthodes d’empreinte structurale de l’α-synucléine amplifiée, afin d’identifier des déterminants qui précèdent la maladie de la conversion phénotypique du trouble comportemental idiopathique en sommeil paradoxal vers différentes α-synucléinopathies, notamment la maladie de Parkinson, la démence à corps de Lewy et l’atrophie multisystématisée.
En collaboration avec le laboratoire d’E. Romero-Laboureur, nous utilisons des approches de conception guidée par la structure à partir de formes pathogènes d’α-synucléine et de Tau, afin d’identifier de petites molécules ligands par synthèse chimique à haut débit.
À l’aide d’approches protéomiques innovantes, nous caractérisons la réponse des cellules souches pluripotentes induites (iPSC) dérivées de patients et des oligodendrocytes de souris à des agrégats pathogènes d’α-synucléine provenant de patients atteints d’atrophie multisystématisée.
Nous étudions également le proxisome des agrégats pathogènes de Tau dans des tissus cérébraux de patients. Enfin, les mécanismes de vulnérabilité et de tolérance propres à chaque type cellulaire sont analysés au moyen d’une étude spatio-temporelle du protéome dans la pathologie liée à l’α-synucléine au cours de la maladie de Parkinson.
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