Du nouveau dans la lutte contre la malaria

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Depuis que j’ai attrapé le paludisme il y a maintenant 20 ans et que je souffre toujours de crises épisodiques, chaque fois que je trouve un article relatif à cette saloperie je me plonge dans sa lecture. Celui émanant de l’école de médecine de l’Université de San Diego à La Jolla sous la direction du Docteur Elizabeth Winzeler et paru au début du mois de décembre 2018 a attiré mon attention pour plusieurs raisons. D’abord il s’agit de travaux relatifs au Plasmodium vivax ( précisément celui qui vit paisiblement dans mon foie et me dérange parfois) mais surtout la méthodologie adoptée pour trouver de nouveaux médicaments pour tenter de tuer ce parasite à l’état de larve (on dit schizont) dans les cellules hépatiques m’a convaincu qu’il serait intéressant d’en informer mes lecteurs. Il s’agit d’un billet un peu technique mais riche en détails exposant la méthodologie adoptée pour découvrir de nouveaux médicaments. Bonne lecture car l’article original est en accès libre.

D’abord quelques petits rappels. La malaria reste toujours la maladie la plus dévastatrice dans le monde avec, chaque année, plus de 200 millions de cas (P. vivax ou P. falciparum) et près de 450000 morts également chaque année, essentiellement des enfants. Les vecteurs de cette maladie sont des moustiques du genre anophèle qui se chargent de parasites quand ils se nourrissent du sang d’un sujet en crise, c’est-à-dire ayant des parasites circulant dans le sang. Le cycle simplifié de la malaria permet de comprendre les trois étages du cycle, chez le moustique, dans le foie puis dans le sang. Il existe un traitement pour débarrasser le foie des schizonts mais il est dangereux et doit être effectué en milieu hospitalier sous surveillance médicale constante.

Il était donc particulièrement logique d’orienter des travaux de recherche au niveau du foie pour tuer les larves avec l’espoir d’éradiquer ensuite la maladie puisque le nombre de sujets en crise diminuera et les moustiques ne pourront plus répandre la maladie. La technique d’approche a donc consisté à mettre au point dans un premier temps un test in vitro rapide et sensible pour ensuite trier des molécules chimiques automatiquement à l’aide de robots puisque 538273 molécules ont été testées lors de ce programme. Il a d’abord été nécessaire de procéder à des dissections des glandes salivaires de moustique porteurs de sporozoïtes provenant de parasites génétiquement modifiés pour exprimer un marqueur pouvant être suivi par luminescence lors des tests de screening. Les hépatocytes après environ 48 heures de culture ont été inoculés avec des sporozoïtes puis soumis aux composés chimiques. Si les hépatocytes en culture étaient effectivement infectés la bioluminescence se développait et inversement dans le cas contraire. Si au moins 1 % des hépatocytes étaient infectés un signal lumineux pouvait être détecté.

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Une réponse positive des produits testés se traduisant par une bioluminescence supérieure au bruit de fond permit dans une première étape de sélectionner 9989 produits qui furent alors à nouveau testés à trois concentrations différentes pour atteindre finalement 631 produits éventuellement intéressants pour de futures études. Le processus de sélection est schématisé dans l’illustration ci-dessous :

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Pour l’anecdote, si on peut dire les choses ainsi, il fallut 18 mois pour achever le screening primaire des 538273 molécules à raison d’environ 10000 produits par semaine. La partie la plus contraignante fut d’élever les moustiques anophèles infectés et de disséquer les glandes salivaires de 1000 moustiques chaque semaine pour mener à bien l’ensemble de cette recherche. Au final 631 composés ont été alors testés à diverses concentrations et 163 d’entre eux ont montré une inhibition de la croissance des schizonts dans les hépatocytes de plus de 80 % à des concentrations inférieures à 1 nanomole par millilitre, concentration méritant une attention détaillée.

Une dernière étape de sélection a consisté à identifier le mécanisme d’action des molécules « rescapées » par étude du métabolisme global des schisonts et des hépatocytes à l’aide de la technique maintenant entièrement automatisée de détermination du « métabolome » consistant à identifier les variations de plusieurs centaines de métabolites intermédiaires par chromatographie liquide couplée à une double analyse par spectrographie de masse (LC-MS/MS). Les cibles de 18 composés de structures non apparentées ont été finalement identifiées, une partie d’entre elles perturbant la synthèse des pyrimidines au niveau de la dihydro-orotate déshydrogénase du parasite, une étape essentielle de cette synthèse, et l’autre l’activité mitochondriale du parasite au niveau du cytochrome bc1. Il reste maintenant à procéder à des essais cliniques mais organiser une telle approche nécessitera de recruter des patients atteints de malaria de type P. vivax et aussi, préventivement et en parallèle, de tester les éventuels effets secondaires sur des modèles animaux. Cet immense travail débouchera peut-être sur l’éradication de la malaria ou au moins sur la diminution des cas de transmission et de décès.

Source et illustrations. doi : 10.1126/science.aat9446 en accès libre et CDC.

Maladie de Parkinson : un espoir (encore lointain) de traitement …

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Les progrès constants de la médecine ont pour résultat un accroissement de l’espérance de vie et une diminution de la mortalité due aux cancers et aux maladies cardiovasculaires. Ces deux effets sont d’ailleurs à l’évidence liés. Mais l’autre conséquence est que, la population vieillissant, l’apparition de maladies neurodégénératives est en constante augmentation et c’est inévitable. C’est la raison pour laquelle la quête de nouveaux médicaments permettant de combattre les trois principales maladies qui affectent de plus en plus de personnes que sont les maladies de Parkinson, d’Alzheimer et de Huntington est une des préoccupations majeures des équipes de recherches privées et publiques. Si la maladie de Huntington est d’origine génétique, son évolution n’est pas sans rappeler les deux autres maladies neurodégénératives y compris au niveau de l’accumulation d’une protéine appelée huntingtine qui est anormalement exprimée et perturbe profondément le fonctionnement normal du cerveau. Le tableau cytologique de la maladie d’Alzheimer montre également une accumulation de fragments de la protéine beta-amyloïde résultant d’une conformation anormale de cette protéine ainsi qu’une modification de la protéine tau, deux composants essentiels de l’intégrité des neurones. Quant à la maladie de Parkinson, il y a également accumulation dans les neurones d’une protéine appelée alpha-synucléine. Cette dernière protéine, différente de la protéine beta-amyloïde de la maladie d’Alzheimer, a tendance a subir spontanément, au moins dans un tube à essai, une autolyse conduisant à divers fragments qui sont toxiques pour la cellule nerveuse et qui ont été retrouvés après étude post mortem du tissu nerveux de malades. Le rôle de l’alpha-synucléine est mal connu mais on sait cependant qu’elle est essentielle dans le maintien de la structure fonctionnelle du neurone, de son métabolisme énergétique et de la régulation de la sécrétion des neurotransmetteurs stockés dans des vésicules intracellulaires car l’alpha-synucléine interagit avec les membranes lipidiques des organites intracellulaires comme les mitochondries, les centrales énergétiques de la cellule, et l’appareil de Golgi, le lieu où s’effectuent les synthèses en particulier de ces neurotransmetteurs. Dans le développement de la maladie de Parkinson cette protéine s’accumule anormalement dans des inclusions appelées corps de Lewy mais encore une fois la cause de ces dérèglements est toujours inconnue. Ce que l’on sait par contre depuis une dizaine d’années, c’est que l’alpha-synucléine est toxique pour les levures car elle se lie aux membranes des mitochondries et perturbe profondément le métabolisme énergétique de ces organismes. C’est en mettant à profit cette observation qu’une équipe pluridisciplinaire du MIT a mis au point un test permettant d’effectuer un screening haute fréquence de plus de deux cent mille composés chimiques. Pour mettre au point un test rapide et simple le choix des levures comme « animal de laboratoire » n’a pas été fait par hasard car la levure est un microorganisme complexe dont les fonctions cellulaires sont presque identiques à celles de n’importe quelle cellule humaine, que ce soit le métabolisme énergétique ou celui des lipides. Les levures ont d’abord été modifiées génétiquement pour sur-exprimer l’alpha-synucléine, mais pas trop afin qu’elles ne meurent pas mais aient une croissance ralentie car la toxicité de l’alpha-synucléine perturbe, comme pour les neurones, le métabolisme. Le screening haute fréquence met le plus souvent en œuvre des boites de culture en polyéthylène constituées de 96 alvéoles et c’est sur une mesure rapide de la croissance des levures à l’aide d’appareils optiques simples que repose justement la rapidité du test. Si un composé chimique inhibe la production d’alpha-synucléine alors la levure se multiplie normalement puisque la toxicité de la protéine est supprimée. Un seul composé chimique a été identifié comme actif dans ce modèle très éloigné de la maladie de Parkinson elle-même. Il s’agit d’un aryl benzymidazole qui a ensuite été étudié plus en détail sur d’autres systèmes cellulaires en culture dont des neurones de nématode ou de rat utilisés comme modèle de la maladie de Parkinson. Plus probant encore, même si une telle molécule sera ou ne sera jamais un médicament car de nombreuses autres études devront être réalisées dans ce but, ces mêmes biologistes ont utilisé des cellules provenant de patients présentant une forme rare de maladie de Parkinson d’origine génétique et bien identifiée comme résultant d’une mutation du gène codant pour l’alpha-synucléine. Ces cellules, par exemple d’épithélium buccal, ont été rendues pluripotentes et redirigées pour générer des neurones avec parallèlement, comme contrôles, des cellules traitées de la même manière mais obtenues à partir d’un sujet sain. Comme on pouvait s’y attendre les neurones, ou plutôt les cellules nerveuses obtenues en culture présentaient les même symptômes, corps de Lewy et fragilité métabolique, que celle du patient dont elles étaient issues. L’aryl benzimidazole identifié par le test sur les levures s’est révélé actif sur ces neurones en culture en restaurant les fonctions cellulaires déficientes en raison de cette mutation. Il reste un long chemin à parcourir car l’alpha-synucléine n’est pas synthétisée par la cellule par hasard et interférer avec cette synthèse pourrait faire apparaître des effets adverses pires que le mal lui-même. Les recherches ultérieures devront montrer que la dégradation spontanée de l’alpha-synucléine peut être directement atteinte et éventuellement stoppée par cette molécule, un espoir tout de même dans le traitement de cette maladie pour laquelle il n’existe pour le moment aucun traitement de la cause primaire mais seulement des traitements partiels des effets et qui ne permettent en aucun cas ni de ralentir et encore moins de soigner la maladie.

Source et illustration : Whitehead Institute, MIT.

Une pilule pour améliorer la mémoire ? Peut-être …

En situation de stress, les cellules de notre organisme répondent par un mécanisme que je vais tenter d’expliquer de manière compréhensible qui a pour résultat de réduire leur activité, en particulier la synthèse cellulaire des protéines. Ces signaux de stress – déficience en amino-acides essentiels, rayons ultra-violets, infection virale, dérèglement du métabolisme protéique dans certaines cellules cancéreuses (myélomes, cancer du pancréas ou cancer du sein) ou encore anémie – activent un enzyme particulier, selon la nature du stress, qui a pour effet de réduire la traduction de l’acide nucléique messager en protéines en interagissant avec un facteur d’initiation de cette traduction par addition d’un phosphate sur ce dernier. C’est un peu compliqué mais c’est intéressant tout de même. Dans le but de rechercher des molécules chimiques pouvant interférer directement avec cette réduction de la traduction, un système de screening haute fréquence a été mis au point consistant en une construction génétique comprenant le facteur d’initiation et le gène d’un enzyme qui va produire une fluorescence si le facteur d’initiation n’est pas inhibé par un stress, comme je viens de le dire plus haut. Le screening est effectué sur des cultures de cellules spécialement modifiées génétiquement par cette construction dans ce but. L’état de stress est simulé par un antibiotique particulier ajouté aux cellules en culture, la tunicamycine, conduisant à une extinction de la fluorescence. Si un composé chimique interfère avec cette extinction, il est donc potentiellement intéressant pour combattre l’arrêt de la synthèse cellulaire des protéines qui peut être fatale aux cellules et entrainer toutes sortes de pathologies liées au stress. L’étude collaborative entre l’Université de Californie à San Francisco, la société Genentech et l’Université McGill au Canada a permis de découvrir une molécule chimique (parmi les 106281 testées) particulièrement active qui a tout de suite été appelée ISRIB, acronyme pour Integrated Stress Response InhiBitor parmi une trentaine d’autres composés moins bons inhibiteurs de l’effet du stress sur les cellules. Il s’agit d’une bis-glycolamide symétrique et d’un seul isomère parmi les deux possibles mais je passe sur les détails. Comme on pouvait un peu s’y attendre, l’effet de ce composé chimique sur des cellules cancéreuses conduit à leur mort rapide. Mais bien plus intéressant encore, ce produit (ISRIB) a un effet spectaculaire sur la capacité à mémoriser de souris mutantes et déficientes en un des enzymes transférant un phosphate sur le facteur d’initiation dont je parlais plus haut et qui ont des troubles profonds de mémoire, elles sont incapables d’apprendre à se méfier d’une petite plaque électrifiée ou d’une mauvaise odeur. Elles refont toujours la même erreur, alors que les souris normales apprennent rapidement et se souviennent sur le long terme. Cette molécule nouvelle pourrait être envisagée pour le traitement de certaines maladies génétiques heureusement rares associées avec une difficulté à mémoriser pour lesquelles on a clairement identifié une mutation sur l’un des facteurs d’initiation dont il a été question dans cette étude. Peut-être enfin, mais c’est encore spéculatif, ce composé pourrait peut-être bien améliorer la mémoire et sa consolidation en jouant sur la plasticité des neurones.

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Lien : http://elife.elifesciences.org/content/2/e00498

Crédit photo : mgkuijpers / Fotolia)