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Qu'est-ce que le modèle EAE de la sclérose en plaques?

L'encéphalomyélite auto-immune expérimentale (EAE) est le modèle animal le plus utilisé pour la sclérose en plaques (SP). L'EAE reproduit plusieurs aspects clés de la SP humaine, notamment l'inflammation périphérique et la neuroinflammation, la démyélinisation et les lésions axonales. L'infographie ci-dessous met en évidence plusieurs des principales caractéristiques de l'EAE dans les modèles de souris ou de rats.

Aspects clés de la SP humaine dans les modèles d'EAE

L'EAE modélise les principaux aspects de la sclérose en plaques (SP) humaine, notamment la maladie auto-immune, la démyélinisation et la remyélinisation, l'inflammation et la neurodégénérescence (y compris les lésions axonales), les déficits moteurs et l'évolution récurrente-rémittente et/ou progressive de la maladie.

L'EAE peut être induite chez la souris ou le rat par immunisation active avec des protéines ou des peptides de la myéline (par exemple MBP, MOG, PLP) dans un adjuvant, ou par transfert passif de cellules T CD4+ activées ciblant la myéline. Les manifestations primaires de l'EAE se produisent dans la moelle épinière et se caractérisent par une infiltration de lymphocytes T et de monocytes, conduisant à une inflammation localisée et au développement de lésions démyélinisantes.

L'EAE illustre bien le potentiel translationnel des modèles de rongeurs, puisque plusieurs médicaments contre la SP actuellement sur le marché ont été initialement testés dans ce modèle. Par exemple, l'acétate de glatiramère (GA ; Copaxone) et le natalizumab (Tysabri), un anticorps monoclonal contre l'intégrine VLA-4, et le fingolimod (FTY-720, Gilenya), un modulateur du récepteur de la sphingosine-1-phosphate (S1P), ont été évalués dans des modèles d'EAE.

Comment les lésions axonales sont-elles généralement mesurées sur des coupes de tissus provenant de modèles EAE?

La dégénérescence et les lésions des axones peuvent être mesurées sur des coupes de tissus provenant de la moelle épinière de souris et de rats EAE. En effectuant une analyse quantitative des images de la coloration immunohistochimique sur fond clair ou de la coloration par immunofluorescence multiplexe, il est possible d'obtenir des données quantitatives provenant de différentes régions d'intérêt (par exemple, matière grise, matière blanche) à plusieurs niveaux de la moelle épinière (par exemple, cervical, thoracique, lombaire). Les marqueurs IHC/IF courants de l'intégrité/lésion de l'axone comprennent les neurofilaments phosphorylés et non phosphorylés, ainsi que la protéine précurseur de l'amyloïde (APP). Des exemples illustrant l'utilisation de ces marqueurs dans les modèles d'EAE sont présentés ci-dessous.

Overview of the process for measuring axonal damage on tissue sections from EAE rodent models.

Aharoni et ses collègues ont coloré le tissu de la moelle épinière de souris EAE MOG35-55 pour les protéines légères, moyennes et lourdes du neurofilament. Ils ont constaté une déformation et une perte axonales importantes dans les sites de démyélinisation. Lorsque ces souris ont été traitées avec de l'acétate de glatiramère, les lésions/pertes axonales et la démyélinisation ont été réduites. Budde et al. ont utilisé l'analyse quantitative de la coloration SMI-32 pour les neurofilaments non phosphorylés comme marqueur des lésions axonales. Ils ont trouvé une association avec la diffusivité axonale mesurée par l'imagerie du tenseur de diffusion (DTI) IRM in vivo dans la moelle épinière des souris EAE. 

Herrero-Herranz et ses collègues ont étudié l'immunoréactivité de l'APP, qui a été décrite comme un marqueur de lésions axonales aiguës, chez les souris MOG-EAE. Ils ont constaté que de nombreux axones étaient positifs à l'APP au début de l'évolution de la maladie, mais que leur nombre diminuait de manière significative aux stades ultérieurs de la maladie. Dans cette étude, les chercheurs ont également coloré des coupes de tissus de la moelle épinière avec le SMI-31 pour les neurofilaments phosphorylés et le SMI-32 pour les neurofilaments non phosphorylés. Dans la phase précoce de la MOG-EAE, les axones positifs au SMI-32 augmentaient, tandis que le pourcentage d'axones positifs au SMI-31 diminuait dans la lésion. Aux derniers stades de la progression de la maladie, on a observé une forte augmentation des axones positifs au SMI-32 et seulement quelques axones positifs au SMI-31, ce qui indique que la quantité relative de neurofilaments phosphorylés diminue, tandis que les neurofilaments non phosphorylés augmentent au cours de l'évolution de la MOG-EAE.

Les taux de neurofilament à chaîne légère (NfL ; NF-L) dans le sang et le LCR peuvent-ils être utilisés pour évaluer les lésions axonales dans l'EAE?

Plusieurs groupes ont démontré l'utilisation des niveaux de neurofilament à chaîne légère (NfL) dans le plasma et le LCR comme biomarqueurs liquides des lésions axonales dans l'EAE. La mesure des concentrations de NfL dans les liquides biologiques est intéressante chez les souris EAE car elle est prometteuse dans les études sur la SP humaine, y compris les essais cliniques sur la SP, servant ainsi de biomarqueur translationnel potentiel.

Chez Biospective, nous mesurons régulièrement les niveaux de NfL dans le plasma et le LCR chez les souris EAE MOG35-55 dans le cadre de nos études d'efficacité thérapeutique. Comme le montre la figure ci-dessous, le taux de NfL est significativement élevé à partir du pic de la maladie (tel que mesuré par le score clinique de l'EAE).

Concentrations de NfL dans le plasma et le LCR dans les modèles de souris EAE

Highly elevated levels of NfL (mean ± s.d.) are found in the plasma and CSF of MOG35-55 EAE mice over the disease course. 

Kieseier et al. ont réalisé une méta-analyse de vingt-cinq études indépendantes sur l'EAE chez la souris, menées sur une période de deux ans. Chez des souris C57BL/6J atteintes d'EAE induite par le MOG28-152 de rat dans l'adjuvant complet de Freund, ils ont montré que les niveaux de NfL dans le plasma et le LCR augmentaient de manière significative après l'induction de la maladie. Ces niveaux sont restés élevés jusqu'à un mois et ont diminué d'environ 10 fois deux mois après l'induction de la maladie. Ils ont également constaté que les corrélations entre les niveaux de NfL dans le plasma et le LCR, ainsi qu'entre les niveaux de NfL dans le plasma ou le LCR et les scores cliniques de l'EAE, étaient très significatives.

Aharoni et al. ont étudié les changements neurodégénératifs dans le modèle de souris EAE induit par le MOG et l'effet du traitement à l'acétate de glatiramère (GA) [Copaxone] sur ces manifestations. Ils ont constaté l'apparition précoce de lésions axonales dans ce modèle, comme l'a révélé une analyse cinétique détaillée de la fuite de NfL dans le sang en fonction de la durée de la maladie, ainsi qu'une analyse immunohistochimique (IHC).

Brummer et ses collègues ont découvert qu'une patte spatio-temporelle de libération de NfL dans le sang chez les souris MOG-EAE peut être pilotée par les cellules myéloïdes du SNC (CMC), telles que la microglie et les macrophages infiltrants, et peut progresser de manière centripète en fonction du stade de la maladie, de la substance blanche d'apparence normale (NAWM) aux lésions de la substance blanche (WML). Ils ont également démontré que les taux sériques de neurofilament à chaîne légère (sNfL) étaient associés à la localisation des lésions anatomiques respectives, ce qui pourrait fournir une explication physiopathologique à la forte variance interindividuelle des taux de sNfL chez les patients atteints de sclérose en plaques.

Norgren et al. ont induit une EAE chez des rats Agouti sombres à l'aide de MOG1-125 recombinant et ont constaté une différence statistique hautement significative dans les niveaux de NfL du LCR entre le groupe de contrôle et les rats malades. De même, Zuo et ses collègues ont constaté que l'encéphalomyélite auto-immune expérimentale passive (EAE), induite par un transfert adoptif de jeunes cellules Th17 chez des souris SJL/J, générait un phénotype clinique sans rémission qui était associé à des niveaux accrus de NfL sérique au pic de la maladie chez les souris jeunes et âgées. En outre, à la phase post-aiguë de la maladie, les souris âgées receveuses présentaient une augmentation de la NfL par rapport aux souris jeunes receveuses appariées par sexe, et les niveaux de NfL sériques étaient positivement corrélés avec la gravité de la maladie mesurée par le score de l'EAE.

Zahoor et al. ont étudié le profil des analytes sanguins, y compris les cytokines (IL6, IL17, IL12p70, IL10 et TNFα) et les marqueurs neuraux (NfL et GFAP) dans le plasma des modèles de souris EAE à poussées-rémissions (RR) (souris SJL induites avec le peptide PLP139-151) et chroniques (souris B6 induites avec MOG35-55) pendant différentes phases (aiguës, chroniques et progressives) de l'évolution de la maladie à l'aide du test Simoa. La NfL plasmatique (ainsi que la GFAP) a montré une augmentation substantielle après l'apparition de la maladie lors des phases aiguës, chroniques et progressives dans les modèles RR SJL et chronique EAE de souris B6.

Notre équipe se fera un plaisir de répondre à vos questions sur les modèles EAE ou de vous fournir des informations spécifiques sur les modèles que nous utilisons pour les études d'efficacité thérapeutique.

En savoir plus sur nos modèles de SP

FAQs

Les niveaux de NfL dans le plasma et le LCR sont-ils élevés dans d'autres modèles de maladies neurodégénératives et neuroinflammatoires?

Oui. Il a été démontré que les niveaux de NfL sont élevés dans un certain nombre de modèles animaux de maladies neurologiques, notamment la sclérose latérale amyotrophique (SLA), la maladie d'Alzheimer, la maladie de Parkinson et la sclérose en plaques (SP). Notre équipe a effectué une revue de le neurofilament à chaîne légère dans les modèles de la maladie de Parkinson. Dans le modèle de souris rNLS8 (ΔNLS) TDP-43 de la SLA, notre équipe a trouvé des niveaux très élevés de NfL à la fois dans le plasma et le LCR. Young et al. ont démontré la capacité d'une petite molécule inhibitrice de PIKfyve, AIT-101 (INN : apilimod, aka LAM-002A), à diminuer les concentrations de NfL dans le plasma et le LCR dans la version Low Dox de Biospective du modèle rNLS8. Stomakhina et al. ont constaté une réduction des concentrations de NfL dans le plasma et le LCR chez des souris transgéniques TDP-43 rNLS8 traitées par le VRG50304 pendant 28 jours.


D'autres marqueurs de la maladie peuvent-ils être mesurés à partir du sang et du LCR pour compléter les mesures NfL des lésions axonales et de la dégénérescence?

Oui. Une série d'autres marqueurs, tels que la protéine acide fibrillaire gliale (GFAP) [un marqueur de l'astrogliose] et les cytokines/chimiokines, peuvent être évalués par Simoa et ELISA (par exemple) à partir d'échantillons de sang et de LCR provenant de modèles d'EAE.


Quelle est la taille raisonnable d'un échantillon pour mesurer la réduction des niveaux de NfL par une intervention thérapeutique chez les souris EAE?

Dans nos études utilisant le modèle de souris C57BL/6 MOG35-55, nous incluons généralement 10 à 15 souris par groupe. 


L'évaluation des lésions axonales à l'aide de marqueurs sur des coupes de tissus et dans le sang et le LCR peut-elle être réalisée dans la même étude?

Oui. L'immunohistochimie ou les marqueurs d'immunofluorescence multiplex sur les coupes de tissus et les mesures de la NfL dans le sang et/ou le LCR peuvent fournir des informations complémentaires. Dans le cadre d'une étude de recherche impliquant un modèle de rongeur EAE, des tissus et des liquides biologiques doivent être prélevés. Outre les lésions axonales, une série d'autres marqueurs de la maladie (par exemple la démyélinisation, l'inflammation) peuvent être évalués à partir des tissus, du plasma/sérum et du LCR.


Références

Aharoni, R., Eilam, R., Lerner, S., Shavit-Stein, E., Dori, A., Chapman, J., Arnon, R. Neuroprotective effect of glatiramer acetate on neurofilament light chain leakage and glutamate excess in an animal model of multiple sclerosis. Int. J. Mol. Sci., 22: 13419, 2021; doi: 10.3390/ijms222413419

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Brummer, T., Schillner, M.., Steffen, F., Kneilmann, F., Wasser, B., Uphaus, T., Zipp, F., Bittner, S. Spatial transcriptomics and neurofilament light chain reveal changes in lesion patterns in murine autoimmune neuroinflammation. J. Neuroinflammation, 20: 262, 2023; doi: 10.1186/s12974-023-02947-y

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Yednock, T.A., Cannon, C., Fritz, L.C., Sanchez-Madrid, F., Steinman, L., Karin, N. Prevention of experimental autoimmune encephalomyelitis by antibodies against alpha 4 beta 1 integrin. Nature, 56: 63–66, 1992; doi: 10.1038/356063a0 

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Zuo, M., Fettig, N.M, Bernier, L.-P., Pössnecker, E., Spring, S., Pu, A., Ma, X.I., Lee, D.S., Ward, L.A., Sharma, A., Kuhle, J., Sled, JG., Pröbstel, A.-K., MacVicar, B.A., Osborne, J., Gommerman, J.L., Ramaglia, V. Age-dependent gray matter demyelination is associated with leptomeningeal neutrophil accumulation. JCI Insight, 7: e158144, 2022; doi: 10.1172/jci.insight.158144


Mots-clés

Protéine précurseur de l'amyloïde (APP): protéine membranaire fortement exprimée dans les synapses neuronales.

Lésion axonale: lésion de l'axone neuronal.

Liquide céphalorachidien (LCR): ultrafiltrat de plasma contenu dans les ventricules du cerveau et les espaces sous-arachnoïdiens du cerveau et de la moelle épinière.

Imagerie du tenseur de diffusion (DTI): technique d'IRM qui mesure la diffusion et la directionnalité de l'eau, générant des mesures de diffusivité moyenne, de diffusivité axiale, de diffusivité radiale et d'anisotropie fractionnelle.

ELISA (Enzyme-Linked Immunosorbent Assay): essai de biochimie analytique couramment utilisé pour détecter la présence d'un ligand (par exemple une protéine) dans un échantillon liquide à l'aide d'anticorps dirigés contre le ligand en question. 

Encéphalomyélite auto-immune expérimentale (EAE): modèle de sclérose en plaques (SEP) à médiation auto-immune couramment utilisé, induit par des cellules T CD4+ spécifiques des antigènes dérivés de la myéline et caractérisé par une paralysie résultant d'une inflammation, d'une démyélinisation, d'une lésion axonale et d'une neurodégénérescence dans le système nerveux central (SNC).

Biomarqueur de fluide: mesure de la maladie obtenue à partir de fluides corporels, tels que le sang, le liquide céphalorachidien (LCR), l'urine, la sueur, les larmes, etc.

Imagerie par résonance magnétique (IRM): modalité d'imagerie non invasive qui utilise des champs magnétiques et des impulsions de radiofréquence (RF) pour générer des images.

Sclérose en plaques (SP): la maladie démyélinisante la plus courante du système nerveux central (SNC) ; la SP est une maladie à médiation immunitaire, impliquant les cellules T, les cellules B, la microglie et les macrophages, et caractérisée par l'inflammation, la démyélinisation, les lésions axonales et la neurodégénérescence.

Neurodégénérescence: processus complexe et multifactoriel entraînant la perte de neurones. 

Le neurofilament à chaîne légère (NfL; NF-L): l'une des quatre sous-unités des neurofilaments, qui sont des protéines présentes dans les neurones et qui leur donnent leur structure et leur forme; le niveau de neurofilament à chaîne légère dans le sang et le LCR peut servir de marqueur de lésions neuro-axonales.

Simoa (SIngle MOlecule Array): une plate-forme d'essai immunologique numérique sensible pour mesurer les biomarqueurs des fluides.

Biomarqueur translationnel: indicateur robuste d'un état ou d'un processus biologique mesurable à la fois dans des modèles animaux et chez l'homme.


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