Le thème retenu était l'étude de l'importance de l'activité des récepteurs du glutamate sur le modelage embryonnaire, en tenant compte notamment de leurs effets sur la mort cellulaire programmée par apoptose. Le modèle adopté était l'Amphibien Anoure. Ce travail s'est ensuite poursuivi par l'étude des relations entre récepteurs du glutamate et calpaïnes, protéines impliquées dans les mécanismes apoptotiques. Ce projet de recherche s'est développé grâce à des collaborations avec plusieurs équipes, notamment de l'EPHE.
1. Les récepteurs du glutamate ont été et sont toujours très étudiés chez les Mammifères mais peu de travaux ont porté sur les Vertébrés inférieurs qui, pourtant, peuvent servir de modèles pour la compréhension de mécanismes physiologiques fondamentaux. L'étude des récepteurs ionotropiques du glutamate des Anoures par une technique dynamique a permis de montrer la présence de récepteurs AMPA/kaïnate fonctionnels dès les stades les plus précoces du développement. Une cartographie précise des régions de l'encéphale munies de cellules porteuses de récepteurs glutamatergiques (télencéphale, infundibulum, cervelet...) a été établie pour la première fois (Diplôme EPHE de Jeanne Estabel, 1998 ; Estabel et al, 2003). Elle suggère que les récepteurs AMPA/kaïnate sont impliqués, comme chez les Mammifères, dans la mise en place des circuits neuronaux chez les Amphibiens.
2. L'ontogenèse et l'organogenèse sont des phénomènes complexes faisant intervenir différents processus cellulaires tels que la prolifération, la différenciation et la mort cellulaire. La mort cellulaire programmée, ou apoptose, en est l'un des processus fondamentaux. Les Amphibiens Anoures constituent des modèles particulièrement intéressants pour étudier ce processus car ils subissent des modifications drastiques pendant la métamorphose, en particulier la perte de la queue et le remodelage de l'intestin, Chez Xenopus laevis (xénope) la mort par apoptose est présente tout au long du développement ; observée dès les stades précoces, elle est néanmoins particulièrement élevée lors de l'éclosion et de la métamorphose. Le calcium est l'un des facteurs susceptibles de moduler cette forme de mort cellulaire. Sa concentration cytosolique peut être modifiée grâce aux récepteurs ionotropiques du glutamate (récepteurs AMPA/kaïnate) qui lui sont perméables et ainsi être à l'origine de l'activation d'enzymes telles que des protéases (caspases, calpaïnes...), des lipases ou des endonucléases, ce qui entraînera la mort cellulaire. Ainsi nous nous sommes tout particulièrement intéressés à l'étude des récepteurs AMPA/kaïnate et des calpaïnes, molécules pouvant être mises en cause dans le déclenchement de l'apoptose au cours du développement embryonnaire de Xenopus laevis.
La cartographie des apoptoses physiologiques dans les principaux organes a été réalisée sur des têtards de xénope à différents stades de développement. Il a été montré qu'entre les stades bourgeon caudal et métamorphose, la fréquence des cellules apoptotiques était hautement variable en fonction de l'étape de développement mais aussi du tissu considéré. Lors de la métamorphose, la mort cellulaire concerne particulièrement la queue et ses composants tels que les muscles, la peau et la moelle épinière. Les profondes modifications au sein des organes ne peuvent en effet être sans conséquence sur la maturation des systèmes nerveux central et périphérique.
Des études immunohistochimiques et fonctionnelles ont permis de montrer que les récepteurs ionotropiques du glutamate AMPA/kaïnate sont présents et fonctionnels après l'éclosion au sein de divers organes périphériques, ce qui confirme leur importance dans des fonctions cellulaires variées. Une première étude pharmacologique réalisée sur des têtards en phase de croissance exposés à des doses sublétales d'un agoniste (glutamate ou kaïnate) et/ou d'un antagoniste (NBQX) des récepteurs AMPA/kaïnate a montré les conséquences d'une sur-activation ou d'un blocage des récepteurs du glutamate sur le développement du système nerveux. Au cours du développement de Xenopus laevis, les récepteurs du glutamate sont ainsi apparus impliqués à la fois dans la transmission synaptique et dans la régulation de l'homéostasie ionique (thèse de Doctorat de Jeanne Estabel, 2004).
Puis lors d'une deuxième étude pharmacologique, les apoptoses induites dans les différents organes suite à la sur-activation ou l'inhibition des récepteurs ionotropiques du glutamate ont été quantifiées et cartographiées. En parallèle, l'immunoréactivité des principales calpaïnes a été suivie par immunofluorescence. Cette étude comparée a permis de montrer qu'un traitement au glutamate déclenche des effets physiologiques, en particulier des modifications des quantités des calpaïnes. Par contre quel que soit le traitement appliqué (agoniste ou antagoniste à diverses doses), l'immunoréactivité des calpaïnes évolue dans un sens différent de celui de l'apoptose. Ces résultats suggèrent qu'il n'y a pas de corrélation directe entre calpaïnes et apoptose dans les conditions expérimentales appliquées lors de cette étude toxicologique (Diplôme EPHE de Nassima Mouterfi, 2008 ; thèse de Doctorat de Elara Moudilou, 2012).
3. Les relations entre apoptose, calpaïnes et cytosquelette sont actuellement étudiées chez Xenopus laevis. Une étude immunohistologique a montré que les principales calpaïnes ubiquitaires sont présentes chez le xénope à tous les stades de développement ainsi que chez l'adulte et à des niveaux élevés entre le stade neurula et la métamorphose, ce qui suppose qu'elles jouent un rôle important entre l'organogenèse et la métamorphose (Moudilou et al, 2009, 2010).
Une étude plus approfondie de ces protéases s'est donc avérée intéressante. Ainsi, l'étude de leurs territoires d'expression au cours de l'embryogenèse a été suivie grâce à l&# 39;utilisation de méthodes de biochimie et de biologie moléculaire. Des analyses de qPCR et de Western blot ont ainsi permis de quantifier l'expression des calpaïnes majoritaires. Une cartographie détaillée de l'expression génique est en cours de réalisation.
Cette vaste étude dépasse l'aspect embryonnaire pour devenir le moteur de recherches portant sur la plasticité cellulaire des organes de divers modèles animaux soumis à des conditions externes variables, naturelles ou artificielles.
Quelques publications
• ABROUK-VEROT, L., BRUN, C., EXBRAYAT, J.- M., 2013. Expression patterns of CAPN1 and CAPN8b genes during embryogenesis in Xenopus laevis. CellBio, 2013 (2): 211-216
• BRUN, C., MOUDILOU, E., BOUCHOT, C., ABROUK-VEROT, L., EXBRAYAT, J.-M. 2014. Relationships between calpains and glutamate- or kainate-induced apoptosis in Xenopus laevis tadpoles. Folia Histoch. Cytobiol., 51 (4): 300-311
• EXBRAYAT, J.-M., MOUDILOU, E. N., ABROUK, L., BRUN, C., 2012. Apoptosis in amphibian development. Advances in Bioscience and Biotechnology, 2012, 3: 669-678
• MOUTERFI, N., 2008. Répercussions de traitements pharmacologiques par des agonistes et un antagoniste des récepteurs ionotropes du glutamate sur l'apoptose et sur l'expression des calpaïnes chez Xenopus laevis. Diplôme EPHE, Lyon.
• MOUDILOU, E.N., Mouterfi, N., Exbrayat, J.-M., Brun, C., 2010. Calpains expression during Xenopus laevis development. Tissue Cell. 42: 275-281.
• MOUDILOU, E., 2012. Rôle des calpaïnes au cours du développement de Xenopus laevis et interactions possibles avec les récepteurs ionotropes du glutamate. Thèse Doct. Univ. Lyon 1.
• MOUDILOU, E., Mouterfi, N., Verot-Abrouk, L., Exbrayat, J.-M., Brun, C., 2009. Expression des calpaïnes au cours du développement de Xenopus laevis. Club Amphibien 2009, Rennes, 6-8 juillet 2009. Résumés
Découvrez aussi
Comme conséquence des autres thématiques, la reconnaissance du pôle de recherche en matière de détection de l’apoptose l’a amené à collaborer avec d’autres équipes dans le cadre d’études des effets de divers polluants sur des vers de terre considérés comme biomarqueurs.
Depuis de nombreuses années l’étude de l’ordre des amphibiens Gymnophiones (Céciliens) fait l’objet de travaux au laboratoire. Les Gymnophiones sont des espèces fouisseuses ou secondairement aquatiques, réparties sur la ceinture intertropicale.
