Les modèles de poisson-zèbre éclairent le SLC13A5 et l'épilepsie

Le SLC13A5 est un gène qui donne des instructions pour fabriquer une protéine appelée transporteur de citrate couplé au sodium (NaCT). Cette protéine est super importante pour transporter le citrate, une substance qui joue un rôle clé dans plein de processus dans le corps. Ce gène se trouve chez de nombreux mammifères, y compris les humains, et il est surtout actif dans le foie, les testicules, les os et le cerveau. Dans le cerveau, ce transporteur aide les Neurones à prendre du citrate dans le sang et dans des cellules de soutien appelées astrocytes. Le citrate est vital pour fabriquer des graisses et du cholestérol et pour gérer comment l'énergie est utilisée par le corps.

Quand il y a des mutations ou des changements dans le gène SLC13A5, ça peut mener à un trouble connu sous le nom d'encéphalopathie épileptique développementale 25 (DEE25). Ce trouble se caractérise par des Crises fréquentes et prolongées qui peuvent commencer dès le premier jour de vie. D'autres problèmes liés à cette condition peuvent inclure des retards de développement, des soucis avec le développement des dents, des difficultés cognitives, des troubles du sommeil et un développement moteur lent.

Il y a des modèles animaux, comme les souris, qui ont été utilisés pour étudier le gène SLC13A5. Cependant, ces modèles ne montrent pas toujours le même niveau d'activité épileptique que les humains avec cette condition. Les chercheurs ont créé des modèles de poissons zèbres pour étudier plus en détail les effets des mutations dans SLC13A5. Les poissons zèbres se révèlent adaptés pour examiner divers problèmes liés au cerveau grâce à leurs corps transparents et à leur capacité d'observer leur activité cérébrale en temps réel.

#Poissons Zèbres et SLC13A5

Les poissons zèbres sont de petits poissons souvent utilisés dans la recherche scientifique en raison de leur croissance rapide et de leur capacité à manipuler facilement leurs gènes. Ils ont deux versions du gène SLC13A5, connues sous les noms de 5a et 5b. Les chercheurs ont utilisé une méthode appelée CRISPR/Cas9 pour créer des modèles de poissons zèbres qui n'ont pas ces gènes. Cette approche a mené au développement de trois types de mutants de poissons zèbres : 5a−/−, 5b−/−, et des mutants doubles avec à la fois 5a et 5b manquants.

Les deux versions de SLC13A5 se trouvent dans le cerveau des poissons zèbres, notamment dans une région appelée le mesencéphale. Des études ont montré que ces mutants ont un mesencéphale plus petit que les poissons zèbres normaux et font aussi face à des taux de mortalité plus élevés durant leurs premiers stades de développement.

#Observations Comportementales

Pour mieux comprendre comment la perte de SLC13A5 affecte le comportement, les chercheurs ont réalisé plusieurs tests. Par exemple, les poissons zèbres ont été soumis à des tests sonores et de vibrations. Les mutants ont montré une sensibilité accrue et se déplaçaient plus que les poissons zèbres normaux. Ce comportement pourrait indiquer des difficultés d'apprentissage similaires à ce que vivent les personnes avec des mutations de SLC13A5.

Les chercheurs ont aussi mesuré le mouvement des poissons zèbres la nuit. Les mutants se sont avérés nager davantage, ce qui pourrait indiquer des problèmes de sommeil. De plus, lors des tests d'anxiété, les mutants n'ont montré aucun changement significatif par rapport aux poissons zèbres normaux, suggérant que les niveaux d'anxiété ne sont peut-être pas aussi prononcés dans ce modèle.

Une autre expérience consistait à exposer les poissons zèbres à un produit chimique connu pour induire des crises. Là, les mutants ont affiché une activité accrue, indiquant une réponse amplifiée aux stimuli déclencheurs potentiels, ce qui pourrait être similaire aux expériences de ceux qui souffrent d'épilepsie.

#Structure Cérébrale et Compte de Neurones

Dans le cadre de la compréhension des implications neuronales de la perte de SLC13A5, les chercheurs ont examiné le nombre de neurones dans le cerveau des poissons zèbres. Ils ont découvert que le nombre de neurones était diminué chez les mutants, ce qui pourrait contribuer à leurs problèmes comportementaux. Tant à 3 jours qu'à 5 jours après la fécondation, les chiffres étaient plus bas que chez les poissons zèbres normaux.

Pour évaluer si moins de neurones étaient produits au départ, les chercheurs ont aussi examiné le nombre de neurones à un stade de développement maximal. Aucun changement n'a été noté à ce stade, suggérant que la perte de neurones chez les mutants pourrait résulter d'une augmentation de la mort cellulaire plutôt que d'un échec à les produire durant le développement.

Pour enquêter directement sur la mort cellulaire, une méthode de coloration a été utilisée, indiquant qu'il y avait effectivement un nombre accru de neurones mourants chez les poissons zèbres mutants. Cette découverte pointe vers un lien potentiel entre les crises et la mort cellulaire, en accord avec les observations d'autres modèles animaux et humains souffrant d'épilepsie.

#Activité Neuronale et Excitabilité

La prochaine étape a consisté à étudier l'activité électrique des neurones dans ces mutants de poissons zèbres. Les neurones normalement fonctionnels maintiennent un équilibre entre les signaux excitants et inhibiteurs. Cependant, chez les mutants slc13a5, les chercheurs ont découvert un déséquilibre, indiqué par une activité accrue des neurones excitants et une réduction de l'activité des neurones inhibiteurs. Ce déséquilibre pourrait contribuer à l'hyperexcitabilité observée lors des crises.

Les expériences ont montré que les niveaux de certaines protéines liées à l'activité neuronale étaient également perturbés chez les mutants. Plus précisément, un gène connu sous le nom de fosab, qui est généralement régulé à la hausse pendant l'activité épileptique, a été trouvé à des niveaux plus élevés chez les mutants par rapport aux témoins. Cela indique une tendance vers une excitabilité cérébrale accrue dans ces modèles de poissons zèbres.

#Fonction Mitochondriale

En plus de regarder l'activité neuronale, les chercheurs ont aussi évalué la santé métabolique des mutants slc13a5. Les mutants ont montré une fonction mitochondriale réduite, ce qui est essentiel pour la production d'énergie dans les cellules. Cette découverte a été explorée à l'aide d'un dispositif spécial mesurant combien d'oxygène est consommé par les cellules, indiquant leur état métabolique.

Les mutants poissons zèbres ont montré des niveaux plus bas de fonctions respiratoires de base et de production d'énergie par rapport aux poissons zèbres normaux. Pendant ce temps, certains aspects de leur capacité respiratoire étaient augmentés, ce qui pourrait indiquer que les cellules ont du mal à maintenir leurs niveaux d'énergie.

#Récepteur NMDA et Activité Calcique

Une analyse plus poussée s'est concentrée sur un type spécifique de récepteur connu sous le nom de récepteur NMDA, qui joue un rôle vital dans le contrôle des niveaux de calcium dans les neurones. Il a été hypothétiqué que chez les mutants slc13a5, un excès de citrate pourrait se lier au zinc, qui régule normalement l'activité du récepteur NMDA, causant un afflux incontrôlé de calcium dans les neurones.

En utilisant un capteur de calcium spécifique aux neurones, les chercheurs ont trouvé une fréquence accrue des événements calciques chez les mutants slc13a5. Cette augmentation de la signalisation calcique suggère que les neurones de ces poissons sont plus excitable que ceux des poissons zèbres normaux.

Pour tester le rôle des Récepteurs NMDA, les chercheurs ont utilisé des médicaments qui bloquent l'activité de ces récepteurs. Le traitement avec ces médicaments a entraîné une diminution de l'activité calcique accrue chez les mutants, suggérant que les récepteurs NMDA jouent effectivement un rôle crucial dans l'excitabilité et la potentielle activité de crise observée chez ces poissons zèbres.

#Traitements Potentiels

Les résultats indiquent qu'en ciblant les récepteurs NMDA avec des médicaments spécifiques, il pourrait être possible de réduire les Comportements semblables à des crises et d'améliorer le profil métabolique des mutants de poissons zèbres. Les chercheurs ont déjà découvert qu'utiliser des antagonistes des récepteurs NMDA peut inverser certains des déficits comportementaux observés chez les mutants slc13a5.

Cela ouvre des pistes pour des traitements potentiels pour les personnes souffrant d'épilepsie liée à SLC13A5. En comprenant comment ces voies réceptrices fonctionnent chez les poissons zèbres, les chercheurs peuvent explorer si des stratégies similaires pourraient être efficaces chez les humains.

#Conclusion

Les modèles de poissons zèbres créés pour étudier les mutations SLC13A5 offrent une opportunité précieuse d'observer les effets de ces changements génétiques sur le comportement et la fonction cérébrale. Ces poissons présentent beaucoup des mêmes problèmes observés chez les humains, y compris des problèmes comportementaux et une augmentation de la mort neuronale.

La recherche éclaire également les mécanismes sous-jacents qui relient le transport de citrate à l'activité de crise, suggérant que cibler les récepteurs NMDA pourrait être une voie potentielle de traitement. Alors que les scientifiques continuent à approfondir ces modèles, l'espoir est de développer de meilleures stratégies thérapeutiques pour les personnes avec des épilepsies liées aux mutations SLC13A5 et d'autres conditions similaires.

La combinaison de tests comportementaux, d'évaluations neuronales et de profilage métabolique chez les poissons zèbres offre une approche complète pour étudier les troubles neurologiques complexes, fournissant des informations qui pourraient conduire à de meilleurs résultats pour les individus concernés à l'avenir.