Le syndrome de Sanfilippo est une maladie pédiatrique neurodégénérative rare et incurable d'origine génétique. Elle est causée par une mutation génétique qui affecte l'activité d'une enzyme nécessaire à la dégradation des héparanes sulfate (HS), un polysaccharide présent dans tous les tissus de l’organisme. L'accumulation de ces molécules partiellement dégradées, les oligosaccharides d'héparanes sulfate (HSO), est toxique entravant le développement normal du cerveau et détruisant les cellules cérébrales. Le fer, en tant que cofacteur de plusieurs processus physiologiques (notamment le métabolisme oxydatif, la myélinisation et la biosynthèse des neurotransmetteurs), joue un rôle important dans le fonctionnement normal du cerveau. Cependant, en raison de sa capacité à s’engager dans des réactions d'oxydoréduction (réaction de Fenton), le fer est le producteur le plus puissant d'espèces réactives de l'oxygène ROS. La ferroptose est une forme de mort cellulaire régulée, dépendante du fer et caractérisée par une accumulation d’espèces réactives de l’oxygène (ROS) et une peroxydation lipidique. Le programme de recherche s'est articulé autour de deux axes complémentaires.
Axe 1 : Mise en évidence d'une signature ferroptotique dans le modèle murin MPS IIIB
Les différents acteurs impliqués dans la ferroptose ont été étudiés dans le modèle murin de MPS IIIB à trois âges clés : 2, 5 et 9 mois, représentant respectivement les stades précoce, intermédiaire et avancé de la maladie. Plusieurs approches de biologie moléculaire et cellulaire ont permis d'évaluer l'expression de marqueurs caractéristiques de la ferroptose, identifiés dans la littérature comme positivement ou négativement associés à ce processus de mort cellulaire. Ces travaux ont révélé un dysfonctionnement spécifique au sein de certaines populations cellulaires, en particulier neuronales, ainsi qu'un défaut d'adressage de la ferroportine, protéine clé de l'export du fer intracellulaire.
Axe 2 : Implication de l'hepcidine dans le syndrome de Sanfilippo
Le second axe a porté sur l'expression et le rôle de l'hepcidine dans la physiopathologie de la MPS IIIB. Le même modèle murin a été utilisé pour caractériser les altérations de cette hormone au fil de la progression de la maladie, avec deux points d'analyse précoces supplémentaires, à 21 et 35 jours. Ces travaux ont été complétés par des expériences sur modèles cellulaires, offrant une exploration plus fine des mécanismes moléculaires en jeu et permettant d'évaluer l'impact d'une modulation de l'hepcidine sur les voies pathologiques associées. L'implication de l'hepcidine sérique et extra-hépatique, en particulier cérébrale, a ainsi pu être établie grâce à ces différentes approches. Sa régulation dynamique dans le temps a conduit à l'exploration des mécanismes qui la contrôlent. Les résultats obtenus diffèrent selon le statut sanitaire dans lequel est élevé notre modèle. Dans un contexte SOPF, nos analyses révèlent un modèle en deux temps pour l'hepcidine microgliale, sous influence de l'inflammation : une forte expression initiale, aux alentours d'un mois, suivie d'une chute drastique dès 2 mois, qui se maintient jusqu'à 9 mois chez notre modèle murin. Le mécanisme responsable de cette chute reste à ce jour inconnu, plusieurs pistes étant actuellement à l'étude. Une comparaison avec un statut sanitaire conventionnel révèle en revanche une hausse progressive de l'expression de l'hepcidine au cours du temps. Cette divergence nous amène à penser que l'environnement dans lequel évolue le modèle animal, ainsi que son contexte inflammatoire, peuvent moduler la cinétique d'expression de l'hepcidine. Cette hypothèse fait actuellement l'objet d'investigations complémentaires, qui devront tenir compte à la fois de la question posée et de l'âge des animaux étudiés.
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Sanfilippo syndrome is a rare, incurable, genetically inherited pediatric neurodegenerative disease. It is caused by a genetic mutation that affects the activity of an enzyme required for the degradation of heparan sulfate (HS), a polysaccharide present in all tissues of the body. The accumulation of these partially degraded molecules, heparan sulfate oligosaccharides (HSOs), is toxic, impairing normal brain development and destroying brain cells. Iron, as a cofactor in several physiological processes (notably oxidative metabolism, myelination, and neurotransmitter biosynthesis), plays an important role in normal brain function. However, owing to its ability to engage in oxidation-reduction reactions (the Fenton reaction), iron is the most potent producer of reactive oxygen species (ROS). Ferroptosis is a form of regulated, iron-dependent cell death characterized by the accumulation of reactive oxygen species (ROS) and lipid peroxidation. This research program was structured around two complementary aims.
Aim 1: Identifying a ferroptotic signature in the MPS IIIB mouse model
The various players involved in ferroptosis were studied in the MPS IIIB mouse model at three key ages: 2, 5, and 9 months, representing the early, intermediate, and advanced stages of the disease, respectively. Several molecular and cellular biology approaches were used to assess the expression of markers characteristic of ferroptosis, identified in the literature as either positively or negatively associated with this cell death process. This work revealed dysfunction specific to certain cell populations, particularly neuronal ones, as well as a defect in the trafficking of ferroportin, a key protein involved in intracellular iron export.
Aim 2: Involvement of hepcidin in Sanfilippo syndrome
The second aim focused on the expression and role of hepcidin in the pathophysiology of MPS IIIB. The same mouse model was used to characterize alterations in this hormone over the course of disease progression, with two additional early analysis time points at 21 and 35 days. This work was complemented by experiments in cellular models, providing a more detailed exploration of the molecular mechanisms involved and allowing assessment of the impact of hepcidin modulation on associated pathological pathways. The involvement of serum and extra-hepatic hepcidin, particularly cerebral hepcidin, was thus established through these various approaches. Its dynamic regulation over time led to further exploration of the mechanisms controlling it. The results obtained differ depending on the sanitary status under which our model is raised. In an SOPF (specific and opportunistic pathogen-free) context, our analyses reveal a two-phase pattern for microglial hepcidin, influenced by inflammation: a strong initial expression around one month, followed by a sharp decline from 2 months onward, which persists until 9 months in our mouse model. The mechanism responsible for this decline remains unknown to date, with several hypotheses currently under investigation. A comparison with conventional sanitary status, by contrast, reveals a progressive increase in hepcidin expression over time. This divergence leads us to believe that the environment in which the animal model is raised, as well as its inflammatory context, may modulate the kinetics of hepcidin expression. This hypothesis is currently the subject of further investigation, which will need to take into account both the specific question being addressed and the age of the animals studied.
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