État de la Recherche Fondamentale en SEP Alexandre Prat, MD, PhD, FRCP Chef, Division de Neuroscience, CHUM, Laboratoire de Neuroimmunologie CHUM

Convergence et Diversité Avec ses 10 laboratoires de recherche directement impliqués en SEP, Montréal regroupe une des plus grande concentration de chercheur en SEP en Amérique du Nord et en Europe. Tous les domaines de recherche en SEP sont à présent couverts, et regroupés en trois grands axes: Immunologie et Neurosciences humaine et animale Imagerie cérébrale Épidémiologie

Convergence et Diversité Le laboratoire du Dr Samuel David Étude des mécanismes moléculaires impliqués dans le développement du modèle animal de la SEP, l’encéphalomyélite expérimentale et plus spécifiquement le rôle de la phospholipase A2 et du fer (hémosidérine) dans l’inflammation cérébrale. Étude des mécanismes moléculaires qui distinguent l’EAE cyclique de l’EAE progressive, pour tenter d’identifier les différences chez l’homme . Utilisation de techniques combinant les neurosciences, l’immunologie, la génétique et la biologie moléculaire. Effectif: 4 étudiants au doctorat et deux fellows.

Convergence et Diversité Le laboratoire du Dr Douglas Arnold Utilisation de la résonance magnétique pour étudier les événements précoces qui surviennent en SEP. Comprendre les événements radiologiques impliqués dans la destruction et la réparation du tissu cérébral chez l’humain. Utilisation de techniques combinant les neurosciences et des techniques innovatrices de radiologie. Effectif: 5 étudiants au doctorat et deux fellows.

Convergence et Diversité Le laboratoire du Dr Amit Bar-Or Étude du rôle des lymphocytes B dans le développement de la SEP. Identification de thérapies expérimentales. Études d’imagerie moléculaire lors de la mort cellulaire. Utilisation de techniques combinant les neurosciences et l’immunologie humaine. Effectif: 3 étudiants au doctorat et deux fellow.

Convergence et Diversité Le laboratoire du Dr Jack P Antel Le premier laboratoire de recherche en SEP à Montréal. Études sur les cellules souches progénitrices du SNC humain et de leur potentiel régénérateur en SEP. Étude de la myéline et de la remyélinisation. Étudie l’influence des nouvelles thérapies sur les interactions entre le système immunitaire et les cellules du SNC. Effectifs: 2 étudiants au doctorat et 3 fellows. Par le passé: plus d’une quarantaine d’étudiants gradués et une vingtaine de fellows.

Convergence et Diversité Le laboratoire du Dr Christina Wolfson Études épidémiologique sur les facteurs environnementaux et sociaux prédisposant à la SEP. Impact de la SEP sur la qualité de vie. Role du virus de l’Epstein Bar dans le dévelopement de la SEP. Effectifs: 6 étudiants au doctorat.

Convergence et Diversité Le laboratoire du Dr Pierre Talbot Directeur de l’Institut Armand-Frapier Études et identification de virus impliqués dans le développement de la SEP. Neurotropisme des coronavirus et leur rôle dans le développement de lésions qui sont très semblables à celle en SEP. Effectifs: 4 étudiants au doctorat et 1 fellow.

Convergence et Diversité Le laboratoire du Dr Nathalie Arbour Ouvert en 2006. Excellente complémentarité avec l’équipe du Dr Prat pour l’étude des dérèglements immunitaires en SEP. Étude du rôle des lymphocytes CD8 dans la démyélinisation. Étude des molécules immunitaires qui affectent la survie des oligodendrocytes humains. Utilisation de techniques combinant les neurosciences et l’immunologie humaine. Prend avantage de l’accès aux patients de la clinique de SEP du CHUM. Importante collaboration en cours avec McGill.

Convergence et Diversité Le laboratoire du Dr Prat Ouverture en 2004 du laboratoire de Neuroimmunologie du CHUM. Étude des mécanismes moléculaires responsables de la formation des plaques chez l’humain. Modèle unique de BBB humaine. Utilisation de techniques combinant les neurosciences, l’immunologie humaine et la biologie moléculaire. Validation de cibles thérapeutiques en SEP chez l’Homme. Collaborations avec McGill, Québec, Ottawa, Toronto, Calgary, Amsterdam. Effectifs: 5 étudiants au doctorat et 6 fellow.

Convergence et Diversité Soins aux patients et Recherche Clinique La Clinique de SEP du CHUM (Drs Duquette, Girard, Prat, Larochelle et Jobin). 2000 patients actifs. Plus de 7 protocoles de recherche sur des thérapies utilisant des nouvelles molécules dont certaines par voie orale. Importante participation aux études épidémiologiques pancanadiennes. Nouveau projet de recherche sur les formes précoces de SEP, tentant de déterminer les facteurs qui influencent le pronostic. Une unité qui s’accroît très rapidement grâce aux efforts soutenus du Dr Duquette et qui favorise l’intégration recherche clinique et fondamentale (Dr Prat et Arbour). Collaborations avec les Drs François Grand’Maison, Jack Antel et Yves Lapierre.

Plusieurs nouveaux chercheurs qui s’installeront sous peu à Montréal Dr Peter Darlington, PhD (exercise and the immune system-Concordia). Dr Jorge Ivan Alvarez, PhD (astrocytes and the immune system, UdeMontreal). Dre Catherine Larochelle, MD-PhD (Novel adhesion molecules, UdeMontreal). Dre Veronica Miron, PhD (Myelin biology, McGill).

Conférenciers invités Collaborations Canadienne et Internationale

Dr Jack Antel, neurologue Institut neurologique de Montréal Réparation des tissus dans le contexte de la sclérose en plaques : est-ce possible? Dr Jack Antel, neurologue Institut neurologique de Montréal

Évolution naturelle de la SP – progression et degrés d’incapacité variables Évolution clinique ‘Lésion dégénérative Lésion inflammatoire Évolution selon l’IRM Années Comment expliquer les rémissions? Comment expliquer la progression?

Conduction dans le système nerveux central – effets de la démyélinisation Encéphale Dendrites Noyau Corps cellulaire Gaine de myéline détériorée Neurone   Système nerveux Cervelet Tronc cérébral Moelle épinière Gracieuseté de Bruce Trapp

Causes fondamentales de la progression de la SP Détérioration continue/protection déficiente effets cumulatifs de la détérioration défaillance des mécanismes de protection du SNC Défaillance des mécanismes de réparation Défaillance des mécanismes compensatoires réorganisation fonctionnelle modification des propriétés de la conduction nerveuse

Stratégies thérapeutiques contre la sclérose en plaques Prévenir la détérioration des tissus Réparer les tissus détériorés Assurer la survie des tissus détériorés ou réparés Améliorer la fonction des tissus détériorés ou faire appel à des mécanismes compensateurs ou les deux

Imagerie par résonance magnétique (IRM) – variabilité du degré de réparation des lésions IRM en T2 Image 2 : huit mois plus tard - 1985

Possibilités de réparation de la myéline dans le contexte de la SP Qu’est-ce qui démontre la survenue d’une remyélinisation dans le contexte de la SP? Quelles sont les cellules médiatrices de la remyélinisation dans le contexte de la SP? Quels mécanismes peuvent contribuer à limiter la remyélinisation dans le contexte de la SP? Propriétés intrinsèques des cellules myélinisantes Influences extrinsèques – micro-environnement du SNC, produits du système immunitaire Effets des médicaments sur les cellules myélinisantes

OLIGODENDROCYTES ET MYÉLINE

Qu’est-ce qui démontre la survenue d’une remyélinisation dans le contexte de la SP? Plaques de SP – exemples de démyélinisation et de remyélinisation - Gracieuseté de Kuhlmann/Brueck

Mesure par IRM du degré de remyélinisation – Chen J.T. et coll. Rapport de transfert d'aimantation (RTA) net LFB-PAS MBP KiM1P 06,5 mois après le rehaussement KiM1P LFB-PAS MBP LFB-PAS MBP KiM1P RTA faible et stable RTA décroissant RTA croissant

Comparaison du degré de remyélinisation dans des lésions précoces et des lésions tardives (Axe vertical) : % des lésions (Axe horizontal) : Biopsies Score A (Axe vertical) : % des lésions (Axe horizontal) : Autopsies B (Axe horizontal) : Sous-corticales C (Axe horizontal) : Périventriculaires D (Axe horizontal) : Cérébelleuses E (Axe vertical) : Score (Axe horizontal) : Femmes F (Axe horizontal) : Hommes Goldschmidt, T. et coll., Neurology 2009; 72:1914-1921

Quelles sont les cellules médiatrices de la remyélinisation dans le contexte de la SP? Signaux nécessaires à la myélinisation lors de la formation de la myéline et de la remyélinisation Figure (iv). Génération et régulation des cellules de la lignée des oligodendrocytes (OL) AU-DESSUS DES FLÈCHES : Sonic Hedgehog FGF : Facteur de croissance des fibroblastes Sonic Hedgehog BMPs : Protéines basiques de la myéline  À L’INTÉRIEUR DES FLÈCHES : OPC specification : spécification des progéniteurs d’OL (POL) OPC differentiation : différentiation des POL SOUS LES FLÈCHES : Cellule souche neurale multipotente Nestin+ Régulation positive du facteur de transcription POL et OL immatures OL mature   SOUS LES FLÈCHES DU BAS : Astrocyte Neurone Cellule de Schwann  Il vaut peut-être mieux laisser les abréviations étant donné que la traduction est très longue? C’est encore pire pour les abréviations suivantes (IGF-1, CNTF, T3, etc.). C. Remyélinisation Inflammation Différentiation, remyélinisation Barrière physique protectrice Soutien trophique (INGF, BDNF, NT3, GDNF) Migration Inflammation Regainage Réaccumulation de canaux Na+ Internodes raccourcis Enroulement de myéline aminci SOUS CELLULE ROUGE À GAUCHE : POL (OU Précurseur d’oligodendrocytes) SOUS LE CERCLE VIOLET : Cellule périventriculaire 26 26

Régime normal 3 semaines Démonstration du principe de la remyélinisation du SNC – modèle de Cuprizone Normal Démyélinisation Remyélinisation 0,2 % Cuprizone 6 semaines Régime normal 3 semaines LFB Semaines Nbre de POL 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Démyélinisation Remyélinisation Cuprizone Réponses des POL PBM Miron et coll., Amer J Path 2009 27

Potentiel de myélinisation intrinsèque du progéniteur des oligodendrocytes humains (POL) Windrem, M. et coll. – A2B5 selected human embryonic and adult progenitor cells myelinate CNS of shiverer mice. Cell Stem Cell 2: 553-565 (2008). Cui et coll. 2010

Des progéniteurs des oligodendrocytes (POL) sont présents dans les lésions précoces de la SP Cellules Olig2strong NOGO+ dans des lésions précoces de SP Blocage de la différentiation des POL comme cause de la défaillance des mécanismes de remyélinisation au cours de la SP chronique. Kuhlmann, T., Miron, V., Cuo, Q., Wegner, C., Antel, J., Brück, W. Brain, 2008. Lésion chronique de la cellule olig2strong NOGO- à proximité des axones

Fondement de la défaillance des mécanismes de remyélinisation dans le contexte de la SP Lié aux POL – potentiel intrinsèque limité ou efficacité réduite en raison de la présence d’une lésion Lié aux axones – diminution de la capacité d’interagir avec les POL ou incapacité d’interaction Lié au micro-environnement – absence de signaux positifs ou présence de signaux inhibiteurs

Fondement du ciblage sélectif des lésions d’origine immunitaire Déterminé par les effecteurs Déterminé par les cibles DANS L’ENCADRÉ : Protéines de la myéline MOG Membrane MBP Cytoplasme   No 4 (suite) À DROITE ET SOUS L’ENCADRÉ : Oligodendrocyte Gaine de myéline Nœud de Ranvier Axone Cellule T Macrophage ou cellule microgliale Complément Cellule T Anticorps Premier stade de la lésion Réponse à la lésion Cellule plasmatique Macrophage ou cellule microgliale Récepteur fc

Formation du processus et survie cellulaire des OL et des POL dans des conditions de culture optimales et sous-optimales POL OL

Cui et coll. – J Neuropath Exp Neurol – 2010 Les facteurs de croissance (BDNF et IGF-I) favorisent l’enroulement des POL autour des axones DRGN Cui et coll. – J Neuropath Exp Neurol – 2010 (AXE VERTICAL) : Cellules positives (%)

Promotion de la réparation endogène Émission de signaux positifs Suppression de signaux négatifs IgM Ab naturelle Cellules T autoréactives protectrices Facteurs neurotrophiques – IGF1 et 2, BDNF, LIF Cytokines/chimiokines* IL-11, TNF, ostéopontine Transduction des signaux Acide rétinoïque *double rôle LINGO Sémaphorine (CD100) Protéoglycanes

Étude des effets des médicaments . Cultures organotypiques de coupes du cervelet de souris nouveau-nées (Miron et coll.) Cerveau de souris nouveau-née Cervelet et rhombencéphale dissection Sections sagittales de 300 mm sur microtome Rétablissement 2-3 semaines Milieu 3 semaines FTY720 3 semaines Maintien de la myéline Lysolécithine 0,5 mg/ml 16 h démyélinisation Milieu 2 sem. FTY720 2 sem. Remyélinisation 35 14-21 Jours in vitro (JIV) 35 35

Le FTY720 stimule la remyélinisation dans les cultures de coupes du cervelet démyélinisé de souris Démyélinisation par la lysolécitine (0,5 mg/ml) durant une nuit, à 21 jours, in vitro Traitement par le FTY720 (100 pm et 1 µm) durant 14 jours in vitro après la démyélinisation A Ctrl 14 JIV 14 JIV Post-lysolécithine Fingolimod 100 pm Post-lysolécithine B (AXE VERTICAL) : Région d’immunomarquage de la MBP (µg2) (AXE HORIZONTAL) : Ctrl 14 JIV Fingolimod Fingolimod 100 pm 1 µm 14 JIV 14 JIV Traitement post-lysolécithine Miron et coll., 2010

BG-12 (diméthylfumarate) BG-12 (diméthylfumarate) : nouveau médicament capable de promouvoir la survie des oligodendrocytes? van Horssen, J. Neurology, 76 A136, 2011.

Réparation exogène ̶ cellules souches mésenchymateuses, embryonnaires et inductibles

Griffiths et coll., Science 1998 Conséquences de la démyélinisation sur l‘intégrité et la fonction de l‘axone – dégénérescence tardive due à des exigences métaboliques excessives visant à maintenir la conduction Dégénérescence axonale chez les animaux dépourvus de myéline Griffiths et coll., Science 1998

Ensemble, nous relèverons les défis posés par la SP