Un cytomètre trieur de cellules pour mieux comprendre les maladies neurologiques et psychiatriques
Porteur du projet : Nathalie ROUACH – Centre Interdisciplinaire de Recherche en Biologie, Collège de France (Paris)
Titre du projet : Maladies neurologiques et psychiatriques dans le contexte du développement, de la plasticité et de la robustesse cérébrale
Équipement financé grâce à l’opération Rotary-Espoir en Tête 2021 et sélectionné par le Conseil Scientifique de la FRC : un cytomètre en flux FACS pour un montant de 200 000 €
« Un grand merci pour ce financement qui a fait progresser notre communauté grâce à un outil de pointe. Ce financement a été fondamental pour pouvoir isoler différents types de cellules du système central et périphérique afin d’identifier leur signature moléculaire et caractériser leur hétérogénéité. L’équipement financé permet en effet un rendement et une combinaison de longueurs d’onde très performants, essentiel pour l’isolation de sous‐populations cellulaires à faible densité. » – Nathalie ROUACH
Description de l’équipement
La cytométrie en flux est une technique qui permet de compter et mesurer les propriétés de cellules, molécules ou particules en suspension, aussi bien quantitativement que qualitativement (taille, nombre, contenu, morphologie…). Cette technique est très utilisée en biologie pour distinguer différentes catégories de cellules présentes dans un fluide en fonction de marqueurs cellulaires. Il est ainsi possible d’effectuer un tri cellulaire et récupérer uniquement les cellules désirées pour les étudier ultérieurement. Son principe repose sur l’analyse de signaux optiques et réactions d’immunofluorescence : les cellules sont colorées par des fluorochromes associés à des anticorps qui reconnaissent des antigènes particuliers sur la cellule. Elles sont ensuite excitées par un faisceau laser grâce à un système optique qui étudie la lumière transmise et la lumière diffractée ou réémise par le fluorochrome, ce qui permet ainsi de les trier en fonction de leurs caractéristiques.
L’acquisition d’un cytomètre trieur de cellules de dernière génération, le BD FACS Melody, permettra au Centre de Recherche Interdisciplinaire en Biologie (CIRB) du Collège de France de remplacer ses équipements devenus obsolètes : datant de plus de 10 et 15 ans respectivement, les équipements actuels du CIRB ne sont pas assez sensibles pour détecter de petits compartiments tels que les noyaux des cellules et ne peuvent pas détecter non plus certaines combinaisons de fluorochromes. Les cytomètres récents relèvent efficacement ces défis en utilisant les différences de signatures spectrales d’émission pour détecter ces combinaisons et en utilisant des lasers et des détecteurs spécialisés pour la détection de petites particules.
Un consortium de 7 équipes du CIRB qui s’intéressent aux maladies neurologiques et psychiatriques dans le contexte du développement, de la plasticité et de la robustesse du cerveau bénéficieront grandement de ce nouvel équipement. Le projet global vise à aborder ces différentes pathologies par l’étude de sous-populations de cellules du cerveau afin de déchiffrer leur développement, leurs rôles et leurs fonctions spécifiques. L’accès, l’isolement et l’analyse de ces sous-populations nécessitent la capacité de trier les cellules de manière fiable à l’aide de marqueurs spécifiques. L’utilisation d’un cytomètre compétitif de dernière génération permettra à ces groupes de recherche d’analyser les cellules d’intérêt avec une fiabilité, reproductibilité et efficacité maximales en garantissant la pureté des populations cellulaires.
Les chercheurs analyseront notamment le phénotype et le rôle des astrocytes humains dans l’épilepsie, la nature des interactions vasculaires dans le cerveau dans différentes conditions pathologiques comme la maladie d’Alzheimer, les phénotypes des cellules immunitaires anormalement recrutées dans des conditions pathologiques comme dans la sclérose en plaques, la réponse des cellules immunitaires pendant le développement pré et post-natal, ou encore le développement de la connectivité neurale et de l’organisation des circuits sous-tendant diverses maladies, telles que les troubles du spectre autistique ou la schizophrénie. Collectivement, les équipes espèrent pouvoir déchiffrer les signatures moléculaires de sous-populations neurales, telles que les neurones, les microglies, les astrocytes, les cellules endothéliales et immunitaires dans diverses conditions pathologiques. À terme, l’objectif est de mieux comprendre leur implication respective dans des maladies neurologiques et psychiatriques.
Ce nouveau cytomètre trieur de cellules sera exploité sous la supervision d’un ingénieur qualifié du CNRS, dont l’expertise permettra de concevoir et de mener ces expériences de tri complexes utilisant des cellules de modèles murins et de cerveaux humains post-mortem. L’équipement sera également mis à la disposition de la communauté scientifique locale.
L’équipement
Cytomètre trieur de cellules et chercheurs en expérimentation.
L’utilisation
L’ensemble des équipes ayant participé au projet utilise très régulièrement le cytomètre trieur de cellules. Au‐delà de ces équipes, la totalité des équipes du Centre Interdisciplinaire de Recherche en Biologie utilise cet équipement. La possibilité de réaliser sur ce système du tri clonal a conduit à l’accueil de nombreuses équipes extérieur au collège‐de‐France (St‐Antoine, Institut Jaques monod, Jussieu, le Centre de Recherche des Cordeliers, l’institut de la Vision).
Les premiers résultats obtenus grâce à l’équipement
Le consortium a réalisé plusieurs études, concernant notamment l’analyse de l’hétérogénéité régionale, développementale ou liée au sexe des astrocytes, des macrophages périvasculaires (cellules immunitaires se trouvant à proximité de vaisseaux sanguins) et des neurones. Ces études ont été réalisées pour certaines en conditions normales et pour d’autres en conditions pathologiques, notamment liées à la maladie de Parkinson, à l’épilepsie et aux gliomes.
Le cytomètre a permis de caractériser et trier les populations astrocytaires présentes dans différentes régions du cerveau de modèles murins atteints de maladies neurodégénératives. Ainsi, les équipes ont pu :
- Identifier un répertoire moléculaire différentiel entre les astrocytes de l’hippocampe de modèles murins mâles et femelles
- Identifier un répertoire moléculaire spécifique des astrocytes en fonction des régions du cerveau
- Isoler des astrocytes de l’hippocampe de modèle murin pour le retard intellectuel permettant d’identifier l’importance d’un gène, l’oligophrénine, dans les propriétés structurales et fonctionnelles de ces cellules
- Identifier 4 sous‐populations de macrophages cérébraux périvasculaires
Par ailleurs, le trieur a également permis d’isoler une population pure de noyaux de neurones extraits à partir d’échantillon de cerveaux de patients atteints de maladies neurodégénératives liées à l’âge. Le décodage d’information génétique (séquençage d’ARN) a ainsi pu être réalisé à partir de ces sous‐populations neuronales.
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Crédit photo: © INSERM
Nathalie Rouach est neurobiologiste, directrice de recherche à l’Inserm et dirige le laboratoire « Interactions Neurogliales dans la Physiopathologie et les Pathologies Cérébrales » au sein du Centre Interdisciplinaire de Recherche en Biologie du Collège de France. Ses recherches visent à déterminer si et comment les interactions neurones-glie jouent un rôle direct dans le traitement de l’information cérébrale. En particulier, son équipe explore les modalités moléculaires et les conséquences fonctionnelles des interactions astrocytes-neurones dans divers contextes physiologiques et pathologiques, tels que la mémoire, les interactions sociales, l’épilepsie ou la déficience intellectuelle.
Témoignage de Nathalie ROUACH, porteuse du projet :
« Ce matériel sera décisif pour isoler et décoder les fonctions spécifiques de sous-populations de cellules neurales au cours du développement afin de mieux comprendre et soigner les maladies neurologiques et psychiatriques. Mon rêve est de pouvoir utiliser la thérapie cellulaire, consistant à greffer des cellules thérapeutiques, pour soigner durablement les maladies neurologiques et psychiatriques ».
Cet équipement sera installé au sein du Centre Interdisciplinaire de Recherche en Biologie du Collège de France (CIRB – Paris)
