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Les nouveaux marqueurs de la SLA

PF Pradat

Institut Cerveau et Moelle Epinière, Hopital de la Pitié-Salpétrière, Paris

18/06/2010

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Marqueurs radiologiques de la SLA

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IRM conventionnelle

• Diagnostic différentiel

• Signes directs de dégénérescence du MNC

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T2

Flair

Ruban en hyposignal dans le cortex moteur

5

Atrophie corticale avec élargissement du sillon central

6

Hypersignal du faisceau pyramidal

T2, densité de proton, FLAIR

7

Anomalies IRM dans la SLA

– Non sensibles

• Minorité des patients (5-20 %)

• Tardives

• Détectés chez des patients avec des signes cliniques centraux

– Non spécifiques

– Non quantitatifs : dépendent de l’observation

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Spectroscopie RMN

• Quantitative

• N-acetylaspartate (NAA) est un marqueur neuronal

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SLA Contrôles

NAA dans le cortex moteur

NAA , NAA/Cr, NAA/Cho

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Un outil diagnostique ?

Chevauchement entre patients et contrôles

NAA/Cr

Kalra et al, Arch Neurol, 2006

Ct ALS

11

L’utilisation combinée d’un marqueur de gliose pourrait augmenter la fiabilité

Kalra et al, Arch Neurol, 2006

• Dégénerescence motoneuronale est associée à une gliose

• Myo-inositol: marqueur spectroscopique des cellules gliales

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Kalra et al, Arch Neurol, 2006

Ct ALS

Cortex moteur

NAA/CrNAA/Cr Ins/Cr NAA/Ins

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Marqueur de sévérité ?

• NAA corrèle avec le test du finger-tapping (Rooney,

Neurology, 1998)

• NAA corrèle avec échelles fonctionnelles

– ALS Severity Scale (Ellis, 1998)

– Norris score (Abe, 2001)

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Correlation avec survie

Kalra, J Neurosurg Psychiatry, 2006

NAA/Cho < median

NAA/Cho > median

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Tenseur de diffusion: mesure du dégré d’anisotropie

• diffusion : mouvement Brownien des molécules d’eau.

• Isotrope en l’absence d’obstacles physiques (ex: LCR)

• Substance blanche: diffusion dans la direction des fibres myélinisées ���� ANISOTROPE

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Anomalies du faisceau pyramidal en DTI

FA ↓ (25-80 % des patients)-Ellis, Neurology, 1999

-Jacob, Neuroradiology, 2003

-Toosy, J Neurol Neurosurg Psychiatry 2003

-Graham, Neurology 2004

-Hong, J Neurol Sci 2004

-Yin, J Neurol 2004

-Abe, NMR Biomed 2004

-Cosottini, Radiology 2005

-Wang, Radiology, 2006

- Schimrig, AJNR, 2007

-Blain, Amyotr Lat Scler, 2007

-Thivard, 2007

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FA ↓ en l’absence de signes cliniques pyramidaux

Graham, Neurology, 2004

FA dans le bras postérieur de la capsule interne

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FA corrèle avec variables cliniques dans la majorité des

études

• Echelle de spasticité (Ellis, 1999)

• Echelles fonctionnelles– ALS severity scale (Ellis, 1999)

– ALS Fonctional Rating Scale (ALSFRS)(Thivard, 2007)

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Diminution de la FA au cours du temps ?

Sage, NeuroImage, 2006

• 7 SLA, IRM 5 à 11 mois après le premier examen

• Pas de modification significative dans une autre étude(n=11, 8 mois) (Blain, Amyotroph. Lateral Scler., 2007)

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FA 15 SLA vs 25 contrôles

-Faisceau pyramidal

-insula/ région prémotrice ventrolaterale, gyrus precentral, cingulum, precuneus , corps calleux

DTI “voxel par voxel”(sans a priori sur région d’intérêt)

Thivard et al, JNNP, 2007

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Tractographie« Fiber tracking »

Sage et al, Neuroimage, 2007

22

Fiber Tracking

Sage et al, Neuroimage, 2007

23

DTI acquisition

• 1x1x5 mm spatial resolution, cardiac gating 6/29

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Quantification

• ROI within dorsal (sensory) and ventro-lateral segments (motor)

• All vertebral levels from C2 to T1

Sensory pathways

Motor pathways

Diffusion-weighted T1-weighted

L R

D

V

8/29

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Results

Pradat et al, ISRM 2011

26

Morphometrie “voxel par voxel”VBM

Grosskeutz et al, BMC Neurology, 2006

Atrophie corticale dans le cortex moteur + régions pariétales et frontales

17 ALS patients vs 17 controls

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SPECT (perfusion)

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PET

• Activation microgliale dans la SLA

• Marqueur de la microglie activée

• Fixation diffuse (Turner, Neurobiol Dis, 2004)

• Evaluer l’effet des thérapeutiques anti-inflammatoires ?

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Biomarqueurs moléculaires

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Marqueurs dans LCR• Stress oxydant

– Nεεεε-(carboxymethyl)lysine ↑↑↑↑ Baron, 2005– 8-hydroxy-2' -deoxyguanosine ↑↑↑↑ Ihara, 2005– Activité peroxydase de la gluthation-S-transferase ↑↑↑↑ Kuzma, 2005– 4-hydroxy-3,3-nonetal (HNE) ↑↑↑↑ Simpson,2004– Nitrate ↑↑↑↑ Boll, 2003– Activité SOD ↓↓↓↓ Boll, 2003

• Facteurs trophiques– VEGF ↓↓↓↓ Devos, 2004– VEGF ↑↑↑↑ Ilzecka, 2004 – TGF-beta1 ↑↑↑↑ Ilzecka, 2002– Pigment epithelium-derived factor ↑↑↑↑ Kuncl, 2002

• Inflammation– Monocyte chemoattractant protein-1 (MCP-1) ↑↑↑↑ Baron, 2005– PGE2 ↑↑↑↑ Ilzecka, 2003

• Excitotoxicité– Glutamate ↑↑↑↑ Speux-Varoquaux, 2002

• Autre– cGMP ↓↓↓↓ Ilecka,2004

Aucun n’a une valeur diagnostique

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Taux de glutamate dans le LCR

Speux-Varoquaux, J Neurol Sci, 2004

Mais corrélation avec des paramètres cliniques de sévérité

↑↑↑↑ SLA

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Marqueurs sanguins• Stess oxydant

– Radical hydroxyl ↑↑↑↑ Ihara, 2005– Activité SOD ↓↓↓↓ Ihara, 2005– Activité et expression de la gluthation-S-transferase ↓↓↓↓ Kuzma, 2005– Coenzyme-Q oxydé ↑↑↑↑ Sohmiya, 2005– Activité calcineurine ↓↓↓↓ Ferri, 2004– 4-hydroxy-3,3-nonetal ↑↑↑↑ Simpson, 2004– Bilirubine ↓↓↓↓ Ilzecka, 2003

• Facteurs trophiques– CNTF ↑↑↑↑ Ilzecka, 2003– TGF-beta 1 ↑↑↑↑ Houi, 2002– VEGF ↑↑↑↑ Nygren, 2002

• Inflammation– MMP-9 ↑↑↑↑ Demestre, 2005– Monocyte chemoattractant protein-1 Simpson, 2004– PGE2 ↑↑↑↑ Ilzecka, 2003

• Anomalies métaboliques– Hyperlipidémie Dupuis, 2008– Intolérance au glucose Pradat, 2009

Autres– Activité reverse transcriptase Steele, 2005– Apo E Lacomblez, 2002

Aucun n’a une valeur diagnostique

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Correlations avec sévérité clinique

HNE circulant (stress oxydant)

MCP-1 circulant (inflammation)

Simpson, Neurology, 2005

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marqueurs musculaires

Nogo A

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Anomalies TDP-43 dans le muscle de patients SLA ?

• Pas d’aggrégats TDP-43

• WB: fragments anormaux clivés TDP-43

– SLA mutée TDP-43

– IBM

• Rôle toxique des fragments anormaux clivés TDP-43 dans modèle murin (Wegorzewska et al, PNAS

2009)

Lain et al, JNNP, 2010

36

Sénescence des cellules souhes musculaires

37

Brösalme et al, J Neurosci, 2000

+ anticorps anti-Nogo-ATrauma médullaire

Nogo-A est le plus puissant

inhibiteur naturel de croissance

axonale

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Expression ectopique de Nogo-A dans le muscle de patients SLA

Dupuis, Neurobiol Dis, 2002

4

2

0

3

1

Ct Myop PN SLA

Nogo-A

39

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

20 25 30 35 40

Expression musculaire de Nogo Acorrélée au score fonctionnel

Nogo A levels

ALSFRS

r=0.78

p=0.0005

Jokic, Ann Neurol, 2005

40

Expression musculaire de Nogo A prédictive de SLA dans les atteinte

isolées du motoneurone périphérique

• VPP= 88 %

• VPN=94 %

Nogo A

Patient 1 Patient 2 Patient 3 Patient 4

Pradat et al, Ann Neurol, 2007

41

Cible thérapeutique

Anticorps anti-Nogo A dans la

SLA

• Phase I/II

• Tolérance et pharmacocinétique

• Escalade de dose

• Multicentrique (Pitié-Salpêtrière, USA,

GB)

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les nouvelles approches à haut débit

• Analyse simultanée d’un grand nombre de molécules

• Les “-omiques”

– Génomique

– Trancriptomique

– Protéomique

– Métabolomique

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Table 2. Clinical and histological characteristics of ALS patients

Patient GenderAge

(years)

Diseaseduration

(days) a

Armabduction

score b

Muscleatrophy

score b

Nuclear

bags b,c

11 Male 52 493 5 2 -

12 Male 62 403 5 3 -

13 Male 50 578 5 1 -

14 Male 60 403 5 1 -

15 Male 58 493 4 3 +

16 Male 54 217 4 3 +

17 Male 36 373 4 3 +

18 Male 49 493 2 3 +

19 Male 48 427 1 4 +

Etude du transcriptome

musculaire chez patients SLA

Testing

Testing et histologie

« normales »

Testing et histologie

« anormales »

Degré d’atrophie Pradat al, Neurodeg Dis, 2011

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Mécanismes précoces

Mécanismes tardifs

(délétères ou compensation)

Dg précoce

Cibles thérapeutiques

Dg tardif

Cibles thérapeutiques

Evolutivité (pronostic ?)

Marqueurs de substitution

Marqueurs de progression

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Protéomique

Transthyretine

Cystatine C

Protéine neuro-endocrine 7B2

SPECTROSCOPIE DE MASSE

Sensibilité 91 %

Spécificité 97 %

Vs contrôles sains

}

46

Métabolomique

47

Physiopath Maladie multisystémique

Mécanismes biologiques multiples

Pratique

Marqueurs diagnostiques ?

Nogo A musculaire

Associations marqueurs LCR

Combinaison DTI/spectroscopie

Marqueurs évolutifs mais pas pronostiques

Marqueurs sang, LCR, musculaires

DTI/spectroscopie

Essai thérapeutque

Marqueurs évolutifs de substitution

Imagerie de cibles thérapeutiques (microglie)