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L. DUPUIS et coll.

Revue générale

Mécanismes moléculaires de la sclérose latérale amyotrophique : apports récents de l’analyse de modèles animauxL. Dupuis1, A. Muller1, V. Meininger2, J.P. Loeffler1

1 Laboratoire de Signalisations Moléculaires et Neurodégénérescence, EA3433, Faculté de Médecine, Strasbourg.2 Service de Neurologie, Hôpital de la Pitié-Salpétrière, Paris.Reçu le : 21/10/2002 ; Reçu en 1re révision le : 21/02/2003 ; Reçu en 2e révision le : 11/04/2003 ; Accepté le : 18/04/2003.

RÉSUMÉLa sclérose latérale amyotrophique est une affection neurodégénérative qui touche les motoneurones supérieurs et inférieurs et qui

provoque une paralysie progressive fatale. Les mécanismes moléculaires de cette pathologie sont mieux connus depuis que l’on sait quedes mutations dominantes de l’enzyme cytosolique superoxyde dismutase-1 sont responsables d’environ 2 p. 100 des cas. Cette décou-verte a abouti à la mise au point de modèles animaux qui ont permis à la fois d’appréhender les mécanismes physiopathologiques de laSLA et de mettre au point des agents pharmacologiques potentiellement efficaces.

Molecular mechanisms of amyotrophic lateral sclerosis: recent contributions from studies in animal models.L. Dupuis, A. Muller, V. Meininger, J.P. Loeffler, Rev Neurol (Paris) 2004; 160: 1, 35-43.

SUMMARYAmyotrophic Lateral Sclerosis is a neurodegenerative condition defined by loss of both upper and lower motor neurons. The molecular

mechanisms underlying this pathology are currently elucidated using transgenic mice lines expressing mutated alleles of the copper-zincsuperoxide dismutase, an enzyme mutated in about 2 p. cent of ALS cases. These transgenic mice also provide a valuable animal modelto set up new therapeutic tools.

INTRODUCTIONLa sclérose latérale amyotrophique (SLA) est une

affection neurodégénérative caractérisée par une atteintesimultanée des motoneurones inférieurs et supérieurs(Mulder et al., 1986 ; Hand et Rouleau, 2002). Elle se tra-duit cliniquement par une amyotrophie et une paralysie pro-gressive des motricités volontaire, automatique et réflexe.Son évolution conduit à une faiblesse musculaire progres-sive et à la mort par défaillance respiratoire. Il s’agit d’unemaladie rare (incidence de 1 à 2,5 cas pour 100 000 indivi-dus) touchant aussi bien les hommes que les femmes. Iln’existe qu’un traitement modestement efficace, le riluzolequi ne fait que ralentir la progression de la maladie. La plu-part des cas de SLA sont sporadiques (SLAs), mais il existedes formes familiales (SLAf), génétiquement hétérogènes.Les patients SLAf et SLAs ont une présentation clinique

proche, ce qui suggère des mécanismes physiopatho-logiques communs. Plusieurs mutations portant sur desgènes impliquées dans des formes de SLAf ont été caracté-risées : plus de 80 mutations différentes dominantes dugène codant pour la superoxyde dismutase cytosolique àcuivre zinc (sod1) ont été isolées qui toutes conduisent àune SLA (Rosen et al., 1993). Ces mutations se répartissentsur l’ensemble de la protéine et n’affectent qu’exception-nellement les acides aminés critiques pour l’activité supe-roxyde dismutase. Plus récemment, un deuxième gène, als2ou alsin, a été incriminé dans des formes rares de SLAf,essentiellement présentes dans le Maghreb et s’apparentantbeaucoup avec la paraplégie spasmodique familiale(Hadano et al., 2001 ; Yang et al., 2001). La protéine codéepar ce gène (l’Alsine) possède des motifs structuraux iden-tiques à certains régulateurs de l’activité de protéines G.

Tirés à part : J.P. LOEFFLER, Laboratoire de Signalisations Moléculaires et Neurodégénérescence, EA3433, Faculté de Médecine, rue Kirsch-leger, 67000 Strasbourg.

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Cependant le mécanisme de déclenchement d’une SLA parmutation d’als2 est encore totalement inconnu.

L’identification de mutations dans le gène de la sod1 apermis la création de lignées de souris transgéniques expri-mant différentes mutations de la sod1 murine ou humaine(Ripps et al., 1995 ; Gurney et al., 1994 ; Wong et al.,1995 ; Bruijn et al., 1997). Ces souris présentent un phéno-type de type SLA (paralysie progressive avec dégénéres-cence des motoneurones spinaux) dont la gravité estproportionnelle au degré d’expression du transgène. Du faitdes similitudes entre SLAs et SLAf, ces modèles animauxsont généralement considérés comme de bons modèles deSLA, bien qu’une telle anomalie génétique ne concerne que2 p. 100 des cas de SLA chez l’homme. La validité de cesmodèles est corroborée par de nombreuses études (cf. ci-après). L’analyse des lignées de souris porteuses de muta-tions sod1 ainsi que d’autres modèles animaux a permis demieux connaître la physiopathologie de la SLA et d’envi-sager de nouvelles pistes thérapeutiques.

CARACTÉRISTIQUESHISTOPATHOLOGIQUES DE LA SLA

Elles permettent de mieux appréhender l’apport desmodèles animaux à l’étude de la SLA. La SLA se carac-érise essentiellement par une perte sélective des motoneu-rones (MN) du cerveau, du tronc cérébral et surtout de lacorne antérieure de la moelle épinière. C’est donc d’abordune maladie du motoneurone. Certaines spécificités de cescellules pourraient expliquer la sélectivité de leur atteinte.La présence de myéline sur les axones des MN n’intervientsans doute pas car, sur un modèle animal de SLAf, nousavons montré que différentes populations neuronales nonmyélinisées étaient aussi atteintes (Gonzalez de Aguilaret al., 1999). Une autre propriété particulière des MN estd’avoir une cible non neuronale, à savoir la cellule muscu-laire. Or, il existe des modifications très précoces dans lesmuscles de souris SOD1m (Dupuis et al., 2002). Ces modi-fications transcriptionnelles sont, pour une partie, indépen-dantes de l’état de dénervation et donc spécifiques aumuscle SLA. Cela suggère fortement que la maladie pos-sède une composante musculaire. Les régions du systèmenerveux qui sont atteintes présentent une dégénérescenceneuronale et une gliose astrocytaire réactionnelle. Les neu-rones lésés ont dans leur cytoplasme des inclusions dontcertaines sont faites d’une accumulation de neurofilamentset d’organites, notamment de mitochondries. Ces dernièresprésentent d’ailleurs un fonctionnement anormal. On noteégalement la présence d’agrégats protéiques très fortementubiquitinés. Enfin, la découverte de mutations sur le gènesod1 suggère un rôle du stress oxydant dans la physiopa-thologie de la SLA. L’ensemble de ces observations amèneà poser plusieurs questions :

– Quel est le rôle des neurofilaments, et donc du transportaxonal, dans le développement de la SLA ?

– Les mitochondries sont-elles des cibles du processuspathologique ?

– Les agrégats protéiques sont-ils une cause ou uneconséquence de la mort du MN ?

– Le stress oxydant potentiellement provoqué par unemutation de la sod1 induit-il la mort du MN ?

– Quelle est la contribution respective des astrocytes etdes MN à la mort du MN ?

Chacune de ces questions a été analysée dans des modèlesanimaux et a fait l’objet d’avancées récentes. Les différenteshypothèses et les arguments cliniques s’y rapportant sontprésentés dans le tableau I. Tous ces mécanismes potentiel-lement responsables convergent vers l’induction de la mortdu motoneurone. L’une des avancées principales de l’étudede modèles animaux dans le cadre de la SLA est la compré-hension des mécanismes impliqués dans la mort du moto-neurone lui-même.

COMMENT EST INDUITE LA MORT DES MOTONEURONES ?

La mort du motoneurone est un événement tardif dans lecadre du développement d’une SLA expérimentale parsurexpression d’une forme mutée de SOD1, comme l’ontmontré différentes études, y compris les nôtres (Nim-chinsky et al., 2000 ; Dupuis et al., 2000). Cet événement,dernière étape du processus pathologique, a donc été étudiéen détail dans les modèles animaux. Il est maintenant admisque la mort des motoneurones relève d’une variété d’apop-tose ou mort cellulaire programmée. De nombreuses preuvesexpérimentales impliquent en effet une activation des cas-pases qui sont les protéases de la phase d’exécution del’apoptose. Les caspases 1 et 3 sont surexprimées chez lesanimaux porteurs d’une mutation SOD1 et activées defaçon séquentielle lors de la progression de la pathologie(Pasinelli et al., 2000). De même, les caspases 7, 8 et 9 sontactivées à différents moments du processus (Guegan et al.,2001 ; Guegan et al., 2002). Ces données suggèrent forte-ment une implication de la cascade des caspases dans lamort du neurone, d’autant que le déclenchement de la mala-die est retardé chez des animaux SOD1 mutés lorsqu’onleur injecte en intracérébral un inhibiteur à large spectre desces protéases (Li et al., 2000) ou lorsque l’on croise ces ani-maux avec une souche où la caspase 1 est constitutivementinhibée (Friedlander et al., 1997).

Il existe deux voies principales d’activation des cas-pases lors d’une apoptose neuronale : la voie dite extra-cellulaire au cours de laquelle l’activation des caspases 1et 3 se fait via la liaison d’un ligand extracellulaire à unrécepteur membranaire ; la voie dite mitochondriale aucours de laquelle l’activation des caspases est le fait durelargage dans le cytoplasme d’un cofacteur, le cyto-chrome C, à partir de l’espace intermembranaire mito-chondrial. La libération du cytochrome C dans lecytoplasme est sous le contrôle d’une famille de protéinesmitochondriales qui comprend des protéines pro-apopto-

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tiques (bax, bcl-XS…) et des protéines anti-apoptotiques(bcl2, bcl-XL…). Une perturbation de l’équilibre entreprotéines pro-apoptotiques et protéines anti-apoptotiquesprovoque l’ouverture d’un pore dans la partie externe dela membrane mitochondriale et l’issue du cytochrome C

dans le cytoplasme. Ceci aboutit à l’activation de la cas-pase 9 qui elle-même active les caspases 1, 3 et 7 (Fig. 1).C’est vraisemblablement cette voie de transduction qui està l’œuvre dans la SLA expérimentale et la SLA humaine.En effet, plusieurs études ont noté un changement du rap-port entre protéines pro et anti-apoptotiques de la famillede bcl2 : ainsi, bax et bclXS sont surexprimés tandis quebcl2 et bclXL sont réprimés dans la moelle épinière desouris SOD mutées (Gonzalez de Aguilar et al., 2000 ;Vukosavic et al., 1999). L’intérêt de cette observation estcorroboré par le fait qu’une surexpression de bcl2 retardel’activation de la cascade des caspases et accroît la surviedes souris SOD1 mutées (Kostic et al., 1997). De plus, lerelargage du cytochrome C dans le cytosol des moto-neurones a été observé aussi bien chez les souris SOD1mutées que dans certains cas de SLAs (Guegan et al.,2001). Enfin, l’administration de minocycline, antibio-tique qui empêche le relargage du cytochrome C, retardel’apparition d’une SLA expérimentale (Zhu et al., 2002 ;Van Den Bosch et al., 2002). En conclusion, la mort desMN dans la SLA, qu’elle soit humaine ou induite expéri-mentalement dans des lignées de souris transgéniques,semble bien être de nature apoptotique et être contrôléepar des voies de transduction connues (Fig. 2) et pour les-quelles il existe des agents pharmacologiques.

Tableau I. – Hypothèses mécanistiques du déclenchement de la SLA (MN : motoneurone).Molecular mechanisms of ALS.

Observation anato-mopathologique

Hypothèseétiologique Références

Accumulation de neurofilamentsdans le corps cellulaire de MN en dégénérescence

Perturbation du transport axonal ?

Dupuis et al., 2000

Williamson et Cleveland, 1999

Morrison et al.,2000

Nguyen et al., 2000

Nguyen et al., 2001

Collard et al., 1995

Mutations dans la sod1

Stress oxydant ? Bonnefont-Rousselot et al.,2000

Beal et al., 1997

Bruijn et al., 1998

Klivenyi et al., 1999

Accumulations de marqueurs de stress oxydant

Jaarsma et al.,2001

Mitochondries dans les sphéroïdes

Anomaliesmétaboliques ?

Kong et Xu, 1998

Klivenyi et al., 1999

Andreassen et al.,2001

Jaarsma et al.,2001

Higgins et al., 2002

Mattiazzi et al.,2002

Anomalies des activités des complexes de la chaîne respiratoire

Wiedemann et al.,2002

Gliose astrocytaire Contribution des astrocytes à la pathologie ?

Gong et al., 2000

Anomalies des contacts MN/astrocytes

Bruijn et al., 1997

Présenced’agrégats protéiquesubiquitinés (corps de Bunina, corps de Lewy)

Agrégats, cause de la mort du MN ?

Bruijn et al., 1997

Wang et al., 2002

Bruijn et al., 1998

Fig. 1. – Mécanismes moléculaires de la mort des motoneuronesau cours de la SLA. La mort des motoneurones au cours de la SLAest de type apoptotique. Elle est déclenchée par la voie mitochon-driale (en noir), plutôt que par la voie extracellulaire (en gris). Lalibération de cytochrome C par la mitochondrie déclenche l’activa-tion des caspases en cascade, ce qui permet l’exécution de l’apop-tose. Différents traitements pharmacologiques agissant sur cettecascade moléculaire et retardant le déclenchement d’une SLAexpérimentale chez la souris sont présentés.Molecular mechanisms of motoneuronal death in ALS. Motor neurondeath in ALS is of apoptotic nature. It is triggered by the mitochon-drial-dependent pathway (black lines) rather than by the extracellularpathway (grey lines). Cytochrome c release by the mitochondria acti-vates the caspase cascade, which allows apoptosis execution.Several pharmacological drugs interfering with this pathway anddelaying experimental ALS in transgenic mice are shown.

Ligand extracellulaire

(TNF, Fas)

Récepteur membranaire

(TNFR, FasL)

9

1 3

7

Bax

Bcl2

Cytochrome c

MORT DU MOTONEURONE

caspase

minocycline

z-VAD-fmk

CYTOSOL

MITOCHONDRIE

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QUEL EST LE RÔLE DU STRESS OXYDANT ?

En 1993, Rosen et al. montraient que des mutations de laSOD1, une enzyme de détoxification des radicaux oxygé-nés, sont associées dans 20 p. 100 des cas à une SLAf. Unemutation sur une telle enzyme suggèrait dès lors l’interven-tion du stress oxydant comme facteur étiologique potentielde la SLA. De nombreuses études ont ensuite révélé qu’ilexistait des marqueurs de dégâts oxydatifs au niveau desmotoneurones, aussi bien chez les patients que dans leslignées de souris SOD1 mutée (Abe et al., 1995 ; Bealet al., 1997 ; Bruijn et al., 1997). Néanmoins de tellesobservations ont été faites dans de très nombreuses patho-logies neurodégénératives (maladie d’Alzheimer, de Par-kinson, chorée de Huntington, maladies à prion…) et laprésence de marqueurs ne constitue pas de ce fait une lésionspécifique de la SLA.

Par quel mécanisme une mutation de la SOD1 provoque-t-elle une SLA ? D’emblée, il a été montré que ces muta-tions entraînent des gains de fonction : de nombreusesSOD1 mutées possèdent en effet encore une activité SOD1normale, voire augmentée. Une première hypothèse envisa-geait donc que les SOD1 mutées avaient de nouvelles fonc-tions enzymatiques (Wiedau-Pazos et al., 1996 ; Estevezet al., 1999) : une nouvelle activité peroxydase et/ou uneactivité de synthèse de peroxynitrite. La SOD1 mutéeinduirait donc une SLA via la dérégulation du métabolismedes radicaux oxygénés. Dans les deux cas, le cuivre situédans le site actif de l’enzyme joue un rôle primordial. Desarguments expérimentaux vont à l’heure actuelle àl’encontre cette théorie. Premièrement, le croisement desouris porteuses de SOD1 mutées avec des souris surexpri-mant la SOD1 sauvage, ou avec des souris dont le gènesod1 a été invalidé montrent que le taux d’expression de laSOD1 normale n’a aucune influence sur la progression dela maladie (Bruijn et al., 1998). Ceci suggère que le méta-bolisme des radicaux oxygénés n’est pas impliqué dans laSLA. De même, le croisement de souris malades avec dessouris surexprimant ou invalidées pour d’autres enzymes delutte contre le stress oxydant (comme la glutathion peroxy-dase, GPx) n’a aucun effet sur la survie des souris SOD1mutées (Cudkowicz et al., 2002). Deuxièmement, Subra-manian et al. (2002) ont récemment montré que la patholo-gie ne dépendait pas de la charge en cuivre de la SOD1mutée. Ces auteurs ont invalidé le gène pour la chaperonede la SOD1 (CCS), qui incorpore le cuivre dans l’apo-enzyme. Les souris CCS –/– présentent une SOD1 nonchargée en cuivre avec un phénotype similaire aux sourisSOD1 –/–. Quand une mutation SOD1 est introduite sur unfond génétique CCS –/–, on n’observe aucune différencedans le développement de la pathologie par rapport auxCCS +/+. Une autre étude montre que la liaison du cuivreà la SOD1 n’est pas critique dans le développement d’uneSLA. Wang et al. (2002) ont généré une lignée de souristransgéniques porteuses d’une double mutation de la SOD1sur des résidus critiques dans la liaison du cuivre à laSOD1. Bien que la SOD1 mutée de ces souris soit inca-pable de lier le cuivre, elles présentent un phénotype iden-tique aux autres lignées SOD1 mutées. S’il est donc clairque la liaison du cuivre à la SOD1 mutée n’est pas néces-saire au développement d’une SLA expérimentale, il estcependant probable que les souris SOD1 mutée, toutcomme les patients atteints de SLA, présentent des anoma-lies du métabolisme du cuivre. L’un des indices expérimen-taux le suggérant est la répression d’une protéine impliquéedans le trafic cellulaire du cuivre, la protéine du prion (PrP)(Dupuis et al., 2002). La PrP est une protéine synaptiquedont une forme mal repliée est supposée être l’agent res-ponsable des maladies à prions. Nous avons montré, dansun modèle murin de SLA, que l’expression de PrP est dimi-nuée aux stades précoces de la pathologie. Une constatationidentique a été faite chez des patients atteints de SLA : ilsprésentent une baisse d’immunoréactivité pour PrP dans lesmotoneurones, au contraire de ce qui est noté dans d’autres

Fig. 2. – De la SOD1 mutée à la mort du motoneurone. Deux pro-priétés hypothétiques de la SOD1 mutée sont susceptibles dedéclencher la mort du motoneurone au cours de la SLA. Il a été pro-posé que la mutation conférait une nouvelle propriété à l’enzyme,mais cette hypothèse ne semble pas expérimentalement vérifiée.Une deuxième possibilité est que la SOD1 mutée a une tendance às’agréger, indépendamment de son activité enzymatique endogène.Les conséquences de ces nouvelles propriétés seraient des dys-fonctionnements mitochondriaux et des problèmes de transport axo-nal, susceptibles de déclencher la mort du motoneurone.From mutated SOD1 to motor neuron death. Two hypothetical pro-perties of mutated SOD1s are susceptible to trigger motor neurondeath. First, it was proposed that the mutations in SOD1 confer tothe enzyme a novel enzymatic property. This hypothesis was notexperimentally confirmed. A second hypothesis postulates thatmutated SOD1 have a tendency to self-aggregate, independentlyfrom any enzymatic activity. The consequences of these novel pro-perties of the mutated SOD1s would be mitochondrial dysfunctionand axonal transport impairment, both of these being susceptible totrigger neuronal death.

SOD1 mutée

Nouvelle activitéenzymatique ? agrégation

Dysfonctionnementmitochondrial

Blocage du transportaxonal

MORT DU MOTONEURONE

Activation de la voiemitochondriale de l’apoptose

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pathologies neurodégénératives où l’expression de PrP estaugmentée. La diminution de l’expression de PrP pourraitavoir des conséquences importantes, notamment sur lemétabolisme du cuivre dans la SLA.

D’après ces études récentes, il est probable que les muta-tions de la SOD1 n’induisent pas la SLA via un stress oxy-dant. Une hypothèse alternative est la formation par cesenzymes mutées d’agrégats toxiques pour le motoneurone.

L’HYPOTHÈSE DES AGRÉGATS PROTÉIQUES

L’observation initiale de Bruijn et al. (1998) d’une agré-gation protéique due à la SOD1 mutée a posé les basesd’une nouvelle hypothèse étiopathogénique de la SLA. Eneffet, ces agrégats protéiques immunoréactifs pour la SOD1sont trouvés aussi bien dans les neurones que dans les astro-cytes (Bruijn et al., 1997), et ils s’accumulent spécifique-ment au cours de la pathologie dans les tissus touchés(Wang et al., 2002). Comme en outre la seule propriétécommune à une quinzaine de mutants différents de laSOD1 est une diminution de leur stabilité conformation-nelle (Rodriguez et al., 2002) — alors que les conséquencesdes mutations sur la structure et les propriétés catalytiquesdes SOD1 sont très variables (Hayward et al., 2002) —,ceci suggère que les SOD1 mutées induisent la SLA via laproduction d’agrégats protéiques plutôt que via l’acquisi-tion d’une nouvelle activité enzymatique. Il reste cependantà démontrer que ces agrégats protéiques sont toxiques pareux-mêmes. En effet, ils pourraient constituer un méca-nisme protecteur de séquestration des protéines toxiques.

L’HYPOTHÈSE D’UNE ALTÉRATION DU TRANSPORT AXONAL

Un autre type d’agrégats protéiques existant dans la SLAhumaine et dans les modèles animaux pourrait expliquer ledéveloppement des symptômes moteurs : il s’agit d’uneaccumulation de protéines du cytosquelette, les neurofila-ments (NF). On ne sait pas si ces amas de NF sont la causeou une conséquence de la maladie. Plusieurs données expé-rimentales sont en accord avec l’hypothèse d’un effettoxique de ces accumulations sur le MN. Tout d’abord, Tuet al. (1997) ont noté l’existence de tels amas dans deslignées SOD1 mutée. De plus, dans ces mêmes lignées, letransport axonal lent est spécifiquement bloqué (William-son et Cleveland, 1999) et la seule surexpression d’unesous-unité des NF (NF-H) aboutit à une neuronopathie pro-gressive non fatale (Cote et al., 1993). Le rôle de ces accu-mulations de NF est cependant beaucoup plus complexeque cette simple analyse : en effet, la surexpression de NF-H dans des lignées SOD1m protège des effets délétères dela SOD1 mutée (Couillard-Despres et al., 1998). Commentexpliquer ces résultats ? La NF-H est une protéine haute-ment phosphorylée, substrat de très nombreuses kinases.Nguyen et al. (2001) ont montré que l’accumulation de

neurofilaments est susceptible de tamponner l’augmenta-tion de l’activité d’une kinase, la cdk5. Ceci signifie doncque le blocage du transport axonal dans la SLA a un rôlecomplexe, car il peut représenter à la fois un événementdélétère pour le neurone, par la création « d’embouteilla-ges » dans l’axone, et un mécanisme protecteur, par la four-niture de substrats à certaines activités enzymatiquestoxiques. Il convient de noter que les perturbations dutransport axonal ne sont pas limitées aux seuls neurofila-ments : il existe aussi des modifications d’expression desmoteurs moléculaires de la superfamille des kinésines,impliquées dans le transport axonal antérograde rapide(Dupuis et al., 2000). Enfin, des perturbations du complexede la dynéine (un moteur moléculaire impliqué dans letransport axonal rétrograde) provoquent une paralysie pro-gressive très proche de la SLA (LaMonte et al., 2002). Ilsemble donc bien que des perturbations du transport axo-nal, non seulement caractérisent, mais aussi contribuent audéveloppement de la SLA. Ces phénomènes de transportsont extrêmement consommateurs d’énergie et il est possi-ble qu’un problème métabolique déclenche les anomaliesobservées.

L’HYPOTHÈSE MÉTABOLIQUE

L’existence d’un problème métabolique dans la SLA estattesté par trois types d’arguments.

Premièrement, des études morphologiques montrent laprésence de mitochondries anormales aussi bien dans lescas de SLA humaine que dans des modèles animaux(Hirano, 1991 ; Dal Canto et Gurney, 1997 ; Kong et Xu,1998). Il existe ainsi des mitochondries vacuolisées, ou pré-sentant des anomalies ou une rupture de la membraneexterne (Kong et Xu, 1998). De plus, l’apparition de mito-chondries anormales précède le déclenchement de la mala-die et leur densité est maximale lors de l’apparition despremiers signes moteurs.

Deuxièmement, de nombreuses études biochimiquesrévèlent des modifications d’activité des complexes de lachaîne respiratoire (Jung et al., 2002 ; Wiedemann et al.,2002 ; Mattiazzi et al., 2002).

Troisièmement, Jaarsma et al. (2002) d’une part, et Hig-gins et al. (2002) d’autre part, ont récemment noté que laSOD1 mutée s’accumule dans l’espace intermembranairemitochondrial. Bien que ce soit aussi le cas de l’enzymesauvage, cette observation fournit un lien moléculairedirect entre SOD1 mutée et mitochondrie. Si un problèmemétabolique existe, sa contribution au déclenchement de laSLA est indirectement montrée par le fait que la créatine,un tampon énergétique, peut dans les modèles animauxretarder l’apparition des symptômes, et augmenter la duréede vie des souris SOD1m (Klivenyi et al., 1999). Confor-tant cette « théorie métabolique » de la SLA, Oosthuyse etal. (2001) ont montré que la délétion de l’élément deréponse à l’hypoxie du gène codant pour un facteur angio-génique, le VEGF, aboutit à une dégénérescence des MN,

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identique à celle de la SLA. L’incapacité du neurone àrépondre de façon adéquate à un stimulus hypoxique,nécessitant une réponse métabolique adaptée, provoque samort. De plus, un problème mitochondrial affecte non seu-lement les motoneurones, mais aussi de nombreux autrestypes cellulaires.

LE PROBLÈME DE L’ORIGINE CELLULAIRE

La découverte, en 1993, que des mutations du gène sod1étaient responsables de cas de SLAf a initialement surpris :en effet, ce gène a une expression ubiquitaire, et outre lesmotoneurones, d’autres populations neuronales (en particu-lier hippocampiques) et d’autres types cellulaires exprimentfortement la SOD1. Ainsi, Bruijn et al. (1997) ont montréque les souris SOD1 mutées présentent une forte activationastrocytaire, caractérisée par des agrégats protéiques conte-nant de la SOD1, à l’instar de ce qui est observé chez lespatients. Ces données suggèrent une contribution descellules gliales à la pathologie. Cependant, si la surexpres-sion de la SOD1m dans les seuls astrocytes aboutit à uneastrocytose, elle n’entraîne aucun déficit moteur (Gong etal., 2000). L’expression de la SOD1m dans un autre typecellulaire, particulièrement les MN, est donc nécessairepour déclencher une SLA. Cependant, deux études récentesdémontrent que l’expression de la SOD1 mutée dans lesseuls MN n’est pas suffisante pour déclencher une SLA :grâce à deux promoteurs différents (Tableau II), Lino et al.

(2002) et Pramatarova et al. (2001) ont généré des souristransgéniques qui expriment sélectivement des formesmutées de SOD1 dans les neurones. De façon surprenante,ces lignées ne développent aucun symptôme moteur alorsque les taux de SOD1m dans les MN sont comparables àceux observés dans les lignées classiques (où l’expressiondu gène est gouvernée par le promoteur endogène de laSOD). Dans les modèles animaux, l’expression de laSOD1m dans les cellules du système nerveux central n’estpas suffisante pour provoquer une pathologie.

En d’autres termes, si la SLA se manifeste d’abord clini-quement par la mort des motoneurones, il n’est pas certainque cette mort neuronale soit provoquée par des événe-ments intraneuronaux. Il conviendra de préciser au coursd’études futures si l’expression de la SOD1m dans le mus-cle ou dans d’autres tissus périphériques peut déclencherl’apparition d’une SLA et une apoptose du MN telle qu’elleest maintenant décrite dans la SLA.

DES MODÈLES ANIMAUX DE SLA À LA CLINIQUE

L’analyse des modèles animaux a permis de tester, voirede valider, des mécanismes physiopathologiques impliquésdans la SLA. Elle autorise aussi l’essai de molécules àpotentialité thérapeutique. De façon remarquable, les béné-fices observés chez les souris SOD1 mutées ont été retrou-vés chez les patients atteints de SLA. Ainsi l’administration

Tableau II. – Modèles animaux de SLA.Animal models in ALS studies.

Lignée de souris Description Expression tissulaire du transgène Phénotype Références

hSOD1-wt Surexpression de la SOD1 sauvage

Ubiquitaire – Ceballos-Picot et al.,1991

Bruijn et al., 1998

SOD1 –/– Invalidation du gène codant la SOD1

– – Reaume et al., 1996

hSOD1 mutée (G93A, G37R, G85R)

Surexpression d’allèles mutés de la SOD1 humaine

Ubiquitaire +++ Wong et al., 1995

Gurney et al., 1994

Bruijn et al., 1997

mSOD1 mutée (G86R) Surexpression d’un allèle muté de la SOD1 murine

Ubiquitaire +++ Ripps et al., 1995

Dupuis et al., 2000

GFAP-mSOD1-G86R Surexpression d’un allèle muté de la SOD1 restreinte aux astrocytes

Astrocytes Gliose astrocytaire Gong et al., 2000

NF-L-hSOD1 G37R Surexpression d’un allèle muté de la SOD1 restreinte aux neurones

Neurones – Pramatarova et al., 2001

Thy1-hSOD1-G93A Surexpression d’un allèle muté de la SOD1 restreinte aux neurones

Motoneurones – Lino et al., 2002

Thy1-hSOD1-G85R

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de riluzole prolonge de peu, mais de façon statistiquementsignificative, la durée de vie, alors que la gabapentine n’aaucun effet (Tableau III). Cette observation renforce l’inté-rêt de l’étude et de l’utilisation de tels modèles animaux.Les différentes drogues testées jusqu’à présent l’ont été surla base de cinq hypothèses mécanistiques : l’excitotoxicitéglutamatergique (riluzole, gabapentine…), les dysfonction-nements mitochondriaux (créatine), l’interaction avec lesvoies apoptotiques (z-VAD-fmk, minocycline), le stressoxydant (vitamine E…), et le rôle potentiel des cellulesgliales (minocycline). Grâce à ces essais thérapeutiques,l’hypothèse d’une contribution majeure du stress oxydant aété réfutée par l’inefficacité des nombreuses moléculesantioxydantes testées. Il en a été de même pour l’hypothèsede l’excitotoxicité glutamatergique : si le riluzole a un effetsignificatif, ce n’est pas le cas de la gabapentine. L’hypo-thèse d’une contribution importante de la mitochondrie estétayée par l’efficacité de la créatine ou de la minocyclinedans les modèles animaux. L’efficacité de ces deux molé-cules reste à prouver chez l’homme, mais elle paraît proba-ble au vue des similitudes déjà largement évoquées entre lamaladie humaine et les modèles animaux.

CONCLUSION

L’analyse de modèles animaux de SLA a permis demieux approcher les différents mécanismes physiopatholo-giques à l’œuvre, et sur la base de ces mécanismes, de sug-gérer des thérapeutiques. Cependant, jusqu’à présent,aucune des molécules testées n’a permis d’obtenir un allon-

gement de durée de vie de plus de quelques mois chezl’homme (quelques semaines chez la souris). Il est probableque la raison essentielle de ce semi-échec est une mécon-naissance des causes réelles de la SLA, l’illustration la plusflagrante en étant l’absence totale de symptômes chez lessouris SOD1m chez lesquelles l’enzyme mutée est expri-mée exclusivement dans les neurones ou dans les cellulesgliales. Cette observation nous amène à émettre l’hypo-thèse que la SLA n’est pas uniquement une maladie dumotoneurone, mais plus probablement une maladie généra-lisée, dont l’expression la plus triviale est une mort desmotoneurones.

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Tableau III. – Traitements pharmacologiques des souris SOD1m.Pharmacological treatments of mSOD1 mice.

Traitement pharmacologique Moded’administration Modèle utilisé Bénéfice Bénéfice

chez les patients Références

Créatine Alimentation SOD1-G93A ++ + ? Klivenyi et al., 1999

Mazzini et al., 2001

Gabapentine Alimentation SOD1-G93A – ? Gurney et al., 1996

Miller et al., 2001

Lysine-acétylsalicylate Alimentation SOD1-G93A – ? Barneoud et Curet, 1999

Minocycline Alimentation SOD1-G93A ++ ? Zhu et al., 2002

SOD1-G37R Van den Bosch et al.,2002

N-Acétyl-cystéine Alimentation SOD1-G93A – – Jaarsma et al., 1998

Vyth et al., 1996

Riluzole Alimentation SOD1-G93A + + Gurney et al., 1996

Bensimon, et al., 1994

Vitamine E Alimentation SOD1-G93A – – ? Urney et al., 1996

Desnuelle et al., 2001

z-VAD-fmk Intracérébroventriculaire SOD1-G93A ++ ? Li et al., 2000

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