Équipe Martial Ruat

Transduction du Signal et Neuropharmacologie développementale

En bref

Notre groupe vise à déchiffrer les mécanismes moléculaires et pharmacologiques impliqués dans le maintien des cellules souches neurales adultes (CSNs). Nous développons des modèles animaux pour étudier les CSNs, leur descendance et procédons à des criblages de petites molécules afin d'identifier de nouvelles stratégies thérapeutiques innovantes pour la réparation du cerveau et le traitement des tumeurs cérébrales.

Notre recherche

Ces travaux sont abordés en utilisant des techniques de biologie moléculaire, de pharmacologie et d’analyse de signaux intracellulaires, mais aussi de génétique, de biochimie et d’immunohistochimie. Des expériences de gain et de perte de fonctions sont menées en utilisant des techniques de transfert de gène par des adénovirus, des molécules agonistes et antagonistes, des souris transgéniques et KO.

Projets scientifiques

Notre équipe a mis très tôt en évidence (1998) que la voie de signalisation Sonic Hedgehog (Shh) persiste chez l’adulte. Nous avons démontré dans le cerveau l’existence de formes solubles de la protéine Hedgehog interacting protéine (Hip), un nouveau partenaire de la voie et suggérons une régulation entre la voie de l’oxide nitrique et la voie Shh dans le striatum. Par ailleurs, Shh modifie l’activité électrique des neurones du noyau du tractus solitaire suggérant que le morphogène intervient comme neuromodulateur chez l’adulte. L’injection de Shh dans le ventricule latéral de souris induit la prolifération de cellules NG2 + considérées comme des précurseurs oligodendrocytaires, et son expression prolongée obtenue à l’aide d’un adénovirus recombinant conduit à l’augmentation du nombre de cellules exprimant le marqueur oligodendrocytaire DM20 ce qui pourrait être mis à profit dans des pathologies démyélinisantes. Par ailleurs, l’ablation des précurseurs oligodendrocytaires après la naissance conduit à une diminution de la protéine Shh dans le cervelet et affecte le développement de ce dernier. Nous avons identifié la distribution de la protéine Smoothened (Smo), un récepteur à 7 domaines transmembranaires impliqué dans la transduction du signal Shh, au niveau des fibres moussues de l’hippocampe.

Sa visualisation par microscopie électronique révèle des signaux intenses associés aux vésicules synaptiques. Par ailleurs, le couplage de Smo à la sous-unité G15 dans des cellules HEK a conduit à la caractérisation pharmacologique de molécules agonistes et antagonistes de ce récepteur. Ces molécules ont été utilisées pour montrer que des microvésicules libérées par des membranes de cellules T apoptotiques de patients sains ou diabétiques contiennent des protéines Hedgehog et qu’elles représentent des facteurs de dissémination de l’information Hedgehog dans l’organisme (collaboration avec C. Martinez, Angers). Enfin, nous avons étudié les propriétés biochimiques et fonctionnelles de mutations de Shh associées à l’holoprosencéphalie, une maladie du développement, et à des tumeurs de la peau.

En activant ou en bloquant les signaux transmis par la protéine Shh dans la paroi des ventricules, il est possible de moduler dans des directions opposées le nombre de cellules qui quittent la niche et le nombre de cellules qui atteignent le bulbe olfactif. Ces expériences révèlent que la protéine Shh présente dans la paroi des ventricules a la capacité de retenir les neuroblastes nouvellement générés à l’intérieur de la niche restreignant ainsi leur migration en direction du bulbe olfactif. Il s’agit de la première mise en évidence d’un rôle de Shh dans la migration des neuroblastes du cerveau adulte. La modulation de cette activité de la protéine Shh par des molécules chimiques pourrait être d’un intérêt potentiel dans le traitement de pathologies où le nombre et la capacité migratoire des neuroblastes sont réduits comme dans le cas de la maladie de Parkinson.

Cette découverte permettra peut-être aussi de mieux comprendre les mécanismes qui aboutissent à la migration inappropriée des cellules cancéreuses à l’origine des métastases survenant dans les tumeurs cérébrales associées à une dérégulation de la signalisation Shh (médulloblastomes et glioblastomes). Dans leur ensemble, ces travaux permettent de mieux comprendre les rôles physiologiques de la voie Shh dans le système nerveux au cours du développement et chez l’adulte, notamment le rôle de cette voie vis-à-vis des précurseurs neuraux et des cellules souches chez l’adulte. La compréhension des mécanismes d’action de molécules actives sur cette voie pourrait conduire à des applications thérapeutiques dans le domaine des cancers associés à une dérégulation de cette voie ou dans celui des maladies neurodégénératives.

Par ailleurs, nous avons identifié de nouvelles familles de calcimimétiques (Calindol) et calcilytiques (Calhex), de puissants modulateurs allostériques du récepteur aux ions Ca2+ extracellulaires (CaR), un membre de la famille 3 des RCPG. Nous avons localisé leurs sites de liaison au niveau du domaine heptahélice, utilisé ces molécules afin d’identifier les réponses de senseurs calciques sur les cellules endothéliales, modélisé et démontré l’existence d’un site de liaison du Ca2+ dans le domaine extracellulaire du CaR. Nous utilisons ces molécules afin de caractériser les rôles des ions Ca2+, des CaR et des récepteurs apparentés dans les tissus au cours du développement et chez l’adulte. Nous étudions notamment leurs implications potentielles dans la neurotransmission ainsi que leurs applications thérapeutiques. Nous caractérisons de nouvelles mutations du CaR responsables de maladies génétiques liées à l’homéostasis calcique.

Publications Choisies

> Linda Tirou, Mariagiovanna Russo, Hélène Faure, Giuliana Pellegrino, Ariane Sharif, Martial Ruat. C9C5 positive mature oligodendrocytes are a source of Sonic Hedgehog in the mouse brain. PloS one, 2020, 15 (2), pp e0229362, (doi:10.1371/journal.pone.0229362)

> Chia-Hsiang Chang, Marco Zanini, Hamasseh Shirvani, Jia-Shing Cheng, Hua Yu, Chih-Hsin Feng, Audrey L. Mercier, Shiue-Yu Hung, Antoine Forget, Chun-Hung Wang, Sara Maria Cigna, I. Ling Lu, Wei-Yi Chen, Sophie Leboucher, Won-Jing Wang, Martial Ruat, Nathalie Spassky, Jin-Wu Tsai, Olivier Ayrault. Atoh1 Controls Primary Cilia Formation to Allow for SHH-Triggered Granule Neuron Progenitor Proliferation. Developmental Cell, 2019, 48 (2), pp 184-199.e185, (10.1016/j.devcel.2018.12.017) (hal-02020341v1)

> Alexandra Chicheportiche, Martial Ruat, François D. Boussin, Mathieu Daynac. Isolation of Neural Stem and Progenitor Cells from the Adult Brain and Live Imaging of Their Cell Cycle with the FUCCI System. Cellular Quiescence: Methods and Protocols 2018. New York, NY: Springer New York. p 69-78. (10.1007/978-1-4939-7371-2_5) (hal-01661733v1)

> Mathieu Daynac, Linda Tirou, Hélène Faure, Marc-André Mouthon, Laurent R. Gauthier, Heidi Hahn, François D. Boussin, Martial Ruat. Hedgehog Controls Quiescence and Activation of Neural Stem Cells in the Adult Ventricular-Subventricular Zone. Stem cell reports, 2016, 7 (4), pp 735-748, (10.1016/j.stemcr.2016.08.016) (hal-01373136v1)

> Audrey Fleury, Lucile Hoch, M. Carmen Martinez, Hélène Faure, Maurizio Taddei, Elena Petricci, Fabrizio Manetti, Nicolas Girard, André Mann, Caroline Jacques, Jérôme Larghero, Martial Ruat, Ramaroson Andriantsitohaina, Soazig Le Lay. Hedgehog associated to microparticles inhibits adipocyte differentiation via a non-canonical pathway. Scientific Reports, 2016, 6 (1), pp 23479, (10.1038/srep23479) (hal-01304661v1)

> Lucile Hoch, Hélène Faure, Hermine Roudaut, Angele Schoenfelder, Andre Mann, Nicolas Girard, Laure Bihannic, Olivier Ayrault, Elena Petricci, Maurizio Taddei, Didier Rognan, Martial Ruat. MRT-92 inhibits Hedgehog signaling by blocking overlapping binding sites in the transmembrane domain of the Smoothened receptor. FASEB journal : official publication of the Federation of American Societies for Experimental Biology, 2015, 29 (5), pp 1817-1829, (10.1096/fj.14-267849) (hal-01142537v1)

> Martial Ruat. Top Med Chem: The Smoothened Receptor in Cancer and Regenerative Medicine. 2015. Springer International Publishing. 1-210 p. (https://doi.org/10.1007/978-3-319-19755-5)

> Julien Ferent, Loic Cochard, Hélène Faure, Maurizio Taddei, Heidi Hahn, Martial Ruat, Elisabeth Traiffort. Genetic activation of Hedgehog signaling unbalances the rate of neural stem cell renewal by increasing symmetric divisions. Stem cell reports, 2014, 3 (2), pp 312-323, (10.1016/j.stemcr.2014.05.016) (hal-01142521v1)

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