Jérôme Lejeune avait, par simple observation et déduction, affirmé que le gène CBS1 devait se trouver sur le chromosome 21 et pouvait être impliqué dans le dysfonctionnement intellectuel des personnes porteuses de trisomie 21. A sa mort, la Fondation a repris l’intuition du Professeur Jérôme Lejeune en lançant le programme CiBleS21. Depuis, l’équipe de Yann Hérault de l’IGBMC2 en a démontré le bien fondé. Aujourd’hui, les chercheurs de l’université de bretagne occidental franchissent une nouvelle étape dans la recherche d’inhibiteurs de CBS. Ils nous décrivent leurs travaux.

Marc Blondel : Je suis enseignant-chercheur (professeur de biologie cellulaire) à la Faculté de médecine & des sciences de la santé de Brest. Je dirige un groupe de recherche Inserm dédié à l’utilisation de la levure pour modéliser différentes maladies humaines. Je travaille sur la levure depuis mon DEA et mon doctorat à Paris, en passant par 4 années de post-doctorat à l’ISREC en Suisse, 6 années comme chercheur CNRS à la Station Biologique de Roscoff (Finistère) dans l’équipe de Laurent Meijer, puis 11 années dans l’unité Inserm de Claude Férec à Brest en 2006, soit depuis plus de 25 ans !*
Gaëlle Friocourt : je suis chercheuse à l’Inserm. J’ai fait mon DEA et ma thèse à l’Institut Cochin dans l’équipe du Pr Jamel Chelly, qui est spécialisée dans l’identification de nouveaux gènes de déficience intellectuelle. J’ai ensuite réalisé un post-doctorat de 3 ans à l’UCL à Londres en neurodéveloppement chez la souris puis un second post-doctorat dans l’équipe du Pr Claude Férec à Brest où j’ai développé un nouveau projet pour comprendre l’effet de plusieurs mutations du gène ARX, responsables de différentes formes de déficiences intellectuelles. Depuis 2013, je travaille également avec Marc Blondel sur le gène CBS et la trisomie 21.**

De l’usage de la levure

La levure de boulanger (ou de brasseur) ne sert pas qu’à faire du pain ou de la bière. Elle est également ce qu’on appelle un organisme modèle : en effet la cellule de levure est un modèle simplifié de cellule humaine, une sorte de « tube à essai vivant » dans lequel tous les grands mécanismes de contrôle des cellules humaines existent également, le plus souvent sous forme simplifiée. En outre, au moins 30% des gènes humains impliqués dans des maladies ont un équivalent (homologue) fonctionnel chez la levure, ce qui est le cas pour le gène CBS. Enfin, la levure est beaucoup plus facile à manipuler qu’une cellule humaine ou même de souris. Pour toutes ces raisons, la levure est utilisée depuis près d’un siècle comme organisme modèle, et depuis une quinzaine d’années pour modéliser différentes maladies humaines.
Le gène CBS (situé sur le chromosome 21), qui est impliqué dans le dysfonctionnement intellectuel associé à la trisomie 21, a un homologue fonctionnel chez la levure.

L’idée toute simple de notre projet a été de créer une souche de levure qui surexprime le gène CBS afin de reproduire la situation des cellules de patients trisomiques. La surexpression du gène CBS induit un effet facilement mesurable chez la levure : l’absence de croissance sur un milieu de culture particulier. Cet effet peut donc aisément être utilisé pour rechercher, dans de grandes collections de composés, les quelques molécules capables d’atténuer l’activité de CBS. De telles molécules pourront ainsi représenter des candidats médicaments pour améliorer les fonctions cognitives des patients trisomiques.

Découverte de molécules inhibitrices de la CBS parmi des médicaments existants.

Après avoir développé une souche de levure qui surexprime le gène CBS, nous l’avons utilisée afin d’identifier, parmi de grandes collections de molécules, celles capables de diminuer son activité dans un contexte cellulaire. Parmi elles, se trouvaient environ 2 000 molécules-médicament déjà sur le marché disposant déjà d’une autorisation de mise sur le marché (AMM) pour diverses indications. L’idée était que si, par chance, une ou plusieurs de ces molécules-médicament s’avéraient capables de diminuer l’activité de CBS alors, un repositionnement thérapeutique de celles-ci pour le traitement du dysfonctionnement intellectuel associé à la trisomie 21 serait envisageable. L’industrie pharmaceutique ne manque pas d’exemples de tels repositionnements thérapeutiques. Nous avons eu la bonne surprise de trouver plusieurs molécules médicaments capables de diminuer l’activité de CBS chez la levure.

L’étape suivante consiste à valider ces quelques molécules sur des souris trisomiques pour le gène CBS et présentant de ce fait un déficit cognitif. Cette partie du travail est réalisée par l’équipe de Yann Hérault (IGBMC, Strasbourg) qui a développé ces souris trisomiques3.

Confirmation chez la souris

L’équipe du Professeur Hérault a d’ores et déjà testé la première de nos molécules actives chez la levure : celle-ci s’est également avérée active chez ces souris puisqu’elle est capable de supprimer leur déficit cognitif !
Ce résultat très important valide notre modèle levure et suggère que cette molécule, déjà sur le marché pour une autre indication et capable d’agir au niveau du cerveau, serait potentiellement repositionnable pour atténuer le dysfonctionnement intellectuel associé à la trisomie 21.

Tout ce travail chez la souris reste à faire pour les autres molécules. Nous avons également identifié de bonnes pistes permettant d’expliquer le mécanisme d’action de ces molécules, et comment la surexpression de CBS pourrait altérer le fonctionnement cellulaire et ainsi interférer avec les fonctions cognitives. Grâce au soutien de la Fondation Jérôme Lejeune, tous ces résultats vont être confirmés et approfondis dans les 2 années à venir.

D’autres pathologies que la trisomie sont concernées

Des molécules capables d’inhiber CBS pourraient également avoir des applications pour le traitement de certains cancers, où le gène CBS est retrouvé surexprimé (notamment colorectaux). Les chercheurs ayant fait ces observations pensent que cette surexpression de CBS aide les cellules cancéreuses à adapter leur métabolisme. Le fait d’inhiber CBS dans ces tumeurs devrait ralentir le développement tumoral.

l’usage de la levure permet le saut technologique

La communauté scientifique est depuis longtemps convaincue de l’intérêt de rechercher des molécules capables d’inhiber CBS pour réduire le dysfonctionnement intellectuel associé à la trisomie 21. Jusqu’à présent, et pour des raisons expérimentales pratiques, toutes les approches de recherche de telles molécules se sont cantonnées à des criblages en tube à essai (« in vitro ») sur l’enzyme CBS purifiée. Notre modèle levure est innovant car c’est le premier système qui permet de rechercher de manière efficace des inhibiteurs actifs contre CBS dans un contexte cellulaire proche de son contexte normal. Il permet donc de trier rapidement et efficacement, parmi de grandes collections de molécules, celles qui seraient potentiellement capables d’inhiber CBS. L’étape suivante chez la souris « in vivo », est beaucoup plus longue, difficile et fastidieuse. Enfin, un autre aspect original de notre projet est d’associer de façon unique trois compétences complémentaires : expertise sur les maladies neuro-développementales (Gaëlle Friocourt), modèles de souris transgéniques pour les dysfonctionnements intellectuels d’origine génétique (Yann Hérault) et utilisation de la levure pour modéliser des maladies humaines (Marc Blondel).

Perspectives

Nous espérons l’identification d’une ou plusieurs molécules-médicaments déjà sur le marché pour d’autres indications. Celles-ci pourraient ainsi être repositionnées pour le traitement du dysfonctionnement intellectuel associé à la trisomie 21. Nous espérons également mieux comprendre en quoi la surexpression du gène CBS, du fait de sa présence en trois copies au lieu de deux dans les cellules des individus trisomiques, altère le fonctionnement cognitif.

¹ Cystathionine Beta-Synthase
² Institut de Génétique et de Biologie Moléculaire et Cellulaire.
³ L’équipe de Yann Hérault veut aller plus loin que le modèle souris. Elle prépare des lignées de rats trisomiques qui pourront demain tester ces molécules.