Des chercheurs de l'USF Health développent une nouvelle souche de souris reporter pour identifier les cellules exprimant P2X2

Malgré de fréquentes nouvelles annonçant des «percées médicales», les progrès de la science biomédicale et clinique se produisent généralement progressivement. Les scientifiques affinent notre compréhension du fonctionnement du monde en exploitant de nouveaux outils et données qui peuvent remettre en question la pensée conventionnelle – un processus continu de révision qui suscite de nouvelles réponses à d'anciennes questions et pose souvent des questions différentes.

Dans un eNeuro article publié le 15 juillet, Université de Floride du Sud Santé Les chercheurs du Morsani College of Medicine décrivent une souche de souris reporter qu'ils ont créée dans le but de trouver une nouvelle façon de répondre à une vieille question: le gène du récepteur purinergique P2X2 est-il exprimé dans des populations particulières de cellules nerveuses sensorielles?

Nous avions besoin d'un modèle de souris approprié pour visualiser où se trouve P2X2 afin que nous puissions prouver que le gène est réellement exprimé dans un groupe très discret de nerfs sensoriels. Et parce que, pour aller de l'avant, nous voulons un système de rapporteurs qui nous permette de manipuler ces nerfs noueux vagaux de manière précise et variée à des fins thérapeutiques. « 

Thomas Taylor-Clark, PhD, auteur principal, professeur au Département de pharmacologie moléculaire et physiologie

« Cet article est un exemple de la manière dont le réexamen des questions avec de meilleures techniques conduit à une compréhension plus claire, et à notre époque, la clarté et la reproductibilité des données sont une question primordiale en science. »

Le récepteur P2X2 (en abrégé P2X2) appartient à une famille de canaux ioniques P2X qui se trouvent à la surface des membranes cellulaires et sont activés par le neurotransmetteur adénosine triphosphate (ATP). Le P2X2 joue un rôle clé dans les processus sensoriels, y compris le goût, l'audition, certains aspects de la régulation de la pression artérielle et la détection de stimuli physiques dans les organes viscéraux comme les poumons et la vessie.

Le Dr Taylor-Clark étudie les nerfs sensoriels des voies respiratoires affectant les comportements défensifs, y compris la toux, et ce qui se passe en cas de maladie et de blessure. Pour approfondir ses recherches, son équipe avait besoin d'une approche plus fiable pour distinguer les sous-ensembles de cellules exprimant P2X2, en particulier dans le cerveau et la moelle épinière (système nerveux central) et le système nerveux périphérique (nerfs en dehors du cerveau et de la moelle épinière). Les techniques pharmacologiques et biochimiques existantes n'étaient pas suffisamment sélectives, donnant des modèles d'expression génique radicalement différents qui entravent les estimations précises des types de cellules exprimant P2X2.

Ainsi, les chercheurs de l'USF Health ont créé une souris knockin intégrant une approche génétique puissante qui pourrait être utilisée dans de futures expériences. Ils ont fabriqué une souris qui exprime l'enzyme bactérienne cre recombinase dans des cellules exprimant le gène P2X2. L'enzyme manipule des sites spécifiques (séquences lox) dans l'ADN. Ensuite, ils ont élevé cette souris P2X2-cre avec une deuxième souris ayant des séquences lox spécifiques qui produisent des niveaux substantiels de tdTomato – une protéine fluorescente rouge vif – sous le contrôle de cre. Chez la progéniture des souris P2X2-cre et des souris cré-sensibles, tdTomato est exprimé de manière robuste et spécifiquement rapporté (visualisé) dans les cellules exprimant P2X2, même lorsque les niveaux d'expression de P2X2 sont faibles.

«Avec ce système, il est plus facile de voir tout type de cellule que vous souhaitez étudier», a déclaré le Dr Taylor-Clark. «Et, puisque de nombreuses souches de souris ont différents modèles d'expression génétique cré-sensibles, vous pouvez manipuler pratiquement n'importe quel gène ou processus génétique pour tester son rôle dans la fonction des tissus / organes avec une approche modulaire.

Les chercheurs ont détaillé où ils ont trouvé P2X2. Comme ils le soupçonnaient, le gène était principalement exprimé dans le système nerveux sensoriel vagal, où les groupes de cellules transmettent des informations sensorielles sur l'état des organes du corps au système nerveux central. En particulier, presque tous les neurones vagaux noueux (plus de 85%) exprimaient P2X2, comparé à presque aucun des neurones jugulaires. (Nodose et jugulaire sont les deux groupes de neurones du système vagal.).

Les chercheurs ont démontré une certaine expression de P2X2 dans les papilles gustatives de la langue, le corps carotidien, la trachée (trachée) et l'œsophage. Ils ont observé du P2X2 dans les cheveux et les cellules de soutien de la cochlée (l'os de l'oreille interne important pour l'audition), mais pas, comme l'ont rapporté certaines études précédentes, dans les nerfs sensoriels innervant les cellules ciliées.

À quelques exceptions près, l'expression de P2X2 était absente dans les types de cellules du système nerveux central. Des études antérieures sur des souris rapporteuses utilisant des techniques biochimiques établies ont indiqué l'expression de P2X2 dans pratiquement toutes les zones du cerveau, de sorte que le groupe USF Health a été surpris de trouver P2X2 exprimé dans un sous-ensemble très limité de neurones, a déclaré le Dr Taylor-Clark.

« Mais, en fait, c'était encourageant parce que si nous manipulons (l'expression des gènes), nous voulons que les effets soient très étroits et ciblés, pas généralisés », a-t-il ajouté. « La sélectivité est la marque de toute approche thérapeutique. Sinon, vous n'obtiendrez pas le résultat bénéfique que vous souhaitez et vous pourriez avoir des effets secondaires que vous ne voulez pas. »

D'autres études ont suggéré que l'activation des nerfs sensoriels noueux diminue la toux, tandis que l'activation des nerfs sensoriels jugulaires augmente la toux. Le Dr Taylor-Clark espère tester si les neurones nodeux peuvent protéger contre la toux chronique en modifiant le système P2X2-cre pour faire taire sélectivement uniquement les neurones nodeux, sans bloquer négativement toutes les autres impulsions nerveuses.

« Notre prochaine étape consiste à manipuler ce système P2X2-cre afin qu'au lieu d'exprimer tdTomato, nous puissions exprimer une protéine qui, lors de l'ajout d'un médicament, active ou inhibe artificiellement les cellules exprimant P2X2 », a-t-il déclaré. «Actuellement, on comprend mal l'interaction physique des terminaisons nerveuses nodeuses (terminaisons) dans la trachée et d'autres organes cibles, et comment cela change avec la maladie. Notre objectif est une connaissance détaillée de tous les différents sous-types de nerfs sensoriels et comment ils contrôler la fonction des organes, afin que nous puissions contribuer à la mise en œuvre de thérapies de neuromodulation ciblées. « 

Le travail de l'USF Health a été soutenu par le programme SPARC (Stimulating Peripheral Activity to Relieve Conditions) du National Institutes of Health Common Fund, le National Institute for Neurological Disorders and Stroke, et le National Institute of Diabetes and Digestive and Kidney Diseases.

La source:

Université de Floride du Sud (USF Health)

Référence du journal:

Kim, S., et coll. (2020) Développement d'une souche reporter de souris pour le P2X purinergique2 récepteur. eNeuro. doi.org/10.1523/ENEURO.0203-20.2020.

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