Physiopathologie et Thérapie des Désordres Vestibulaires 2018-03-18T20:00:18+00:00

Physiopathologie et Thérapie des Désordres Vestibulaires

Génération, Encodage et Transmission de l’information Vestibulaire: Fonction et Dysfonctions
Mécanismes adaptatifs impliqués dans la resrauration fonctionnelle
Optimisation des méthodes de diagnostic des syndromes vestibulaires

Organisation de l’équipe:

  • Dr Christian CHABBERT (PhD, CR CNRS, HDR, Responsable d’équipe)
  • Dr Brahim TIGHILET (PhD, MCU, HDR)
  • David PERICAT (AI CNRS)
  • Pr Jean-Pierre LAVIEILLE (MD, PUPH, APHM, HDR) membre associé
  • Dr Marion MONTAVA (MD, PUPH, APHM) membre associé
  • Audrey BOURDET (AI, SATT Sud-Est, 02/2018-01/2019)
  • Pierrick BORDIGA (Doctorant 09/2015-08/2018)
  • Guillaume RASTOLDO (Doctorant 01/2016-12/2018)
  • Emna MAROUANE (Doctorante 01/2018-12/2020)
  • Frédéric XAVIER (Doctorant 12/2017-11/2020)

Sujets de recherche:

Les pathologies vestibulaires sont caractérisées par des épisodes imprévisibles de vertige accompagnés d’un déséquilibre postural et d’une perte de fixation du regard pendant le mouvement. Ils sont souvent accompagnés de vertiges et de nausées. Ces pathologies peuvent être très invalidantes, notamment parce que lorsqu’elles sont récurrentes, elles peuvent conduire à un isolement psychologique et social. En France et aux Etats-Unis, les pathologies vestibulaires représentent le troisième motif de consultation chez le médecin et 5% des urgences hospitalières. En raison de leur forte prévalence, les troubles vestibulaires constituent un fardeau important pour notre système de santé. Les solutions thérapeutiques à ces pathologies manquent de spécificité et d’efficacité. Ceci est dû à la fois au manque de connaissance sur les mécanismes physiopathologiques qui sous-tendent les différents troubles vestibulaires et à l’absence de biomarqueurs permettant de discriminer entre les différents types d’altérations vestibulaires et d’orienter correctement les approches thérapeutiques. Notre équipe de recherche multidisciplinaire composée de scientifiques, d’enseignant-chercheurs, d’ingénieurs et de cliniciens constitue une structure unique pour l’étude des mécanismes de base de la fonction vestibulaire, répondant ainsi à un fort besoin médical dans le domaine de l’Otoneurologie, notamment par une approche de la paillasse au lit du patient.

Lignes scientifiques et stratégie

Sur la période 2018-2022, grâce à sa position unique à l’interface entre la recherche scientifique, la recherche clinique et le transfert industriel, l’équipe vise à:

  • Mettre en place une plateforme technologique unique en Europe combinant des études sur modèles animaux et chez les patients
  • Décrypter les mécanismes sous-jacents aux troubles vestibulaires et à la restauration fonctionnelle
  • Promouvoir une recherche de qualité aboutissant à une production scientifique de haut niveau
  • Développer des outils thérapeutiques mieux ciblés et plus efficaces contre les troubles vestibulaires
  • Devenir un acteur clé du transfert clinique afin d’avoir un impact plus important sur la prise en charge des troubles de l’équilibre
  • Promouvoir l’éducation sur la fonction d’équilibre et les troubles vestibulaires
  • Promouvoir la visibilité de la recherche en Otoneurologie et favoriser l’attractivité de ce domaine scientifique afin d’encourager le recrutement des meilleurs chercheurs et étudiants et d’obtenir des financements académiques et privés

Travail d’équipe et environnement collaboratif

Notre équipe travaille dans un environnement expérimental collaboratif, associant des approches in vitro et in vivo incluant des modèles et des méthodes d’étude originales, et des technologies disponibles sur le site de la Fédération 3C à des approches cliniques sur l’Hôpital de la Conception (Assistance Publique des Hôpitaux de Marseille ; équipe spécialisée en otologie médicale et chirurgie). La stratégie de travail de l’équipe est basée sur le développement et l’exploration complète de modèles animaux de troubles vestibulaires. La recherche des supports pathogéniques et neurophysiologiques des symptômes observés se prolonge jusqu’aux niveaux cellulaire et moléculaire. L’équipe bénéficie d’une forte interaction entre les scientifiques et les cliniciens à différents niveaux de la chaîne de travail, depuis la phase de conception expérimentale jusqu’au transfert clinique et industriel potentiel. La collaboration avec des cliniciens du service ORL de l’Hôpital de la Conception offre l’opportunité, conformément aux bonnes pratiques de la recherche clinique, de vérifier la validité de nouveaux tests diagnostiques ou l’évaluation des différentes pathologies et des différentes situations cliniques dans le vertige et d’évaluer l’action thérapeutique de nouveaux médicaments antivertigineux.

Principaux sujets de recherche

Sur la période 2018-2022, l’équipe concentrera son activité de recherche sur trois thèmes principaux: (I) l’étude des mécanismes de génération et de transmission de l’information sensorielle vestibulaire, et les conséquences de leur dérégulation dans la génération de troubles vestibulaires; (II) l’étude des mécanismes réactionnels mise en jeu lors d’une atteinte vestibulaire et de leur implication dans la restauration fonctionnelle suite à une atteinte périphérique, et (III) l’optimisation des méthodes d’investigation pour mieux diagnostiquer les syndromes vertigineux.

Notre équipe est fondatrice et membre du GDR Vertige (http://gdrvertige.com)

I-Génération, Encodage et Transmission de l’information Vestibulaire: Fonction et Dysfonctions

Homéostasie endolymphatique: contrôle, dérégulation et troubles vestibulaires

L’endolymphe occupe une place particulière dans la physiologie et la physiopathologie vestibulaire. Sans équivalent dans le reste du corps, ce liquide, dont la constitution est fortement régulée, constitue le moteur électrochimique du processus de transduction mécano-électrique. De nombreuses questions demeurent quant aux effecteurs moléculaires qui contrôlent l’homéostasie ionique endolymphe et les conséquences de leur dérégulation dans la génération de l’endolymphe et des troubles vestibulaires liés à sa perturbation (Maltret et al., 2014). Nous abordons actuellement ces questions au moyen d’un modèle original de culture organotypique de l’utricule de rongeur développé précédemment par notre groupe (Bartolami et al., 2011).

Étude de l’endolymphe en utilisant le modèle du cyste utriculaire. Le cyste utriculaire est un modèle expérimental unique développé par notre groupe de recherche. Il permet d’étudier les mécanismes de l’homéostasie de l’endolymphe et du contrôle de la pression hydrostatique. Adapté de Bartolami et al. J Neurosci (2011).

Maltret A, Wiener-Vacher S, Denis C, Extramiana F, Morisseau-Durand MP, Fressart V, Bonnet D, Chabbert C. Type 2 Short QT syndrome and vestibular dysfunction: mirror of the Jervell and Lange-Nielsen syndrome? International Journal of cardiology (2014) 171(2): 291-3.
Bartolami S, Gaboyard S, Quentin J, Travo C, Cavalier M, Barhanin J, Chabbert C. Critical roles of transitional cells and Na/K-ATPase in the formation of vestibular endolymph. Journal of Neuroscience (2011) Nov 16; 31 (46): 16541-9.

Neurotransmission vestibulaire: Mécanismes, dysfonctions et troubles vestibulaires

Au cours des deux dernières décennies, notre équipe a développé plusieurs modèles et méthodes pour étudier les mécanismes de la neurotransmission au niveau des synapses vestibulaires primaires. Une attention particulière a été accordée à l’étude du fonctionnement de la synapse du calice vestibulaire, une synapse unique que l’on rencontre exclusivement dans l’oreille interne des vertébrés supérieurs. Nous sommes ainsi devenus pionniers dans la démonstration de l’implication fonctionnelle des récepteurs du glutamate dans la neurotransmission synaptique du calice (Bonsacquet et al., 2006) et avons été les premiers à montrer le mode original de la clairance du glutamate dans le calice (Dalet et al 2012). Sur la période 2018-2022, nous entendons poursuivre nos investigations afin d’identifier les effecteurs moléculaires (notamment les différents types de récepteurs au glutamate) impliqués dans la neurotransmission des synapses vestibulaires des mammifères, ainsi que leur redistribution lors d’atteintes synaptiques sélectives.

Caractérisation de la neurotransmission des synapses en calice. A. Micrographie illustrant l’approche de la pipette patch-clamp à travers la surface de la crête postérieure pour accéder directement au terminal calice pour l’enregistrement en patch-clamp. B. Imagerie bi-photons d’un terminal de calice chargé au Lucifer Yellow après enregistrement. C. Effet de blocage des composés indiqués sur l’activité électrique de repos enregistrée dans un terminal en calice (tiré de Bonsacquet et al., 2006).

Dalet A, Bonsacquet J, Gaboyard-Niay S, Calin-Jageman I, Chidavaenzi RL, Desmadryl G, Goldberg JM, Lysakowski A, Chabbert C. Glutamate transporters EAAT4 and EAAT5 are expressed in vestibular hair cells and calyx endings. PLosOne (2012) 7(9):e46261.

Bonsacquet J, Brugeaud A, Compan V, Desmadryl G, Chabbert C. AMPA type glutamate receptor mediates neurotransmission at turtle vestibular calyx synapse. The Journal of Physiology London (2006) 576:63-71.

II- Mécanismes adaptatifs impliqués dans la resrauration fonctionnelle

Mécanismes de réparation synaptique périphérique

On pense aujourd’hui que des déafférentations cochléaires ou vestibulaires aiguës pourraient être mise en jeu dans une majorité de syndromes auditifs et vestibulaires tels que la perte auditive liées au bruit et les surdités brusques, ou la labyrinthite, la névrite vestibulaire et la maladie de Ménière. Il n’existe actuellement aucune thérapie pharmacologique ciblée pour réparer efficacement les synapses primaires de l’oreille interne dans des conditions pathologiques. Cependant, un processus endogène d’autoréparation synaptique peut se produire dans l’oreille des mammifères (Brugeaud et al., 2007). Ce processus permet, dans certaines conditions, la restauration de l’audition et de l’équilibre. Notre projet est d’explorer les processus de réparation des synapses primaires de l’oreille interne, de déchiffrer leurs différentes phases et d’identifier les voies cellulaires et les effecteurs impliqués. Ceci sera réalisé en combinant des analyses histologiques des synapses de l’oreille interne, des études moléculaires de la modulation de l’expression génique dans les épithélia sensoriels et les neurones primaires, avec des études fonctionnelles de la restauration vestibulaire et auditive après modulation de voies pharmacologique identifiées (Gaboyard-Niay et al., 2016).

Comment le glutamate est-il régulé dans la fente du calice? L’organisation particulière du terminal vestibulaire en calice empêche toute intervention du transporteur de glutamate EAAT1 (Glast, exprimé dans les cellules de soutien) dans la régulation de la concentration de glutamate dans la fente synaptique géante. Nous avons combiné des approches par RT-PCR, hybridation in situ, patch-clamp et immunohistochimie pour démontrer la présence dans les cellules ciliées vestibulaires et les terminaisons post-synaptiques de EAAT4 et EAAT5 de deux transporteurs de glutamate décrits précédemment uniquement dans les cellules rétiniennes bipolaires et le cervelet. L’interaction entre ces deux transporteurs pourrait supporter la régulation fine de la concentration de glutamate au niveau de la synapse du calice et de l’activité phasique des fibres nerveuses en calice. Extrait de Dalet et al. 2012 PlosOne.

Brugeaud A, Travo C, Dememes D, Lenoir M, Llorens J, Puel JL, Chabbert C. Control of hair cell excitability by vestibular primary sensory neurons. Journal of Neuroscience (2007) 27: 3503-3511.

Gaboyard-Niay S, Travo C, Saleur A, Broussy A, Brugeaud A, Chabbert C. Correlation between afferent rearrangements and behavioral deficits after local excitotoxic insult in the mammal vestibule: an animal model of vertigo symptoms? Disease Models and Mechanisms (2016) 9: 1181-1192.

Mécanismes de compensation centrale

Suite à une lésion des capteurs vestibulaires, un processus spontané appelé compensation centrale permet une restauration significative de la posture et de l’équilibre chez les patients (Lacour et Tighilet, 2010). L’efficacité de ce processus et très variable et ses mécanismes cellulaires et moléculaires restent encore mal compris. Le Dr Tighilet a été le premier à montrer que la perturbation de l’homéostasie locale au sein des noyaux vestibulaires déafférentés favorise une neurogenèse réactionnelle chez le mammifère adulte (Tighilet et al., 2007) et que ce phénomène est essentiel au rétablissement de l’équilibre (Dutheil et al., 2009). Nous avons également montré que le GABA est un régulateur majeur de la compensation vestibulaire, non seulement en coordonnant les événements cellulaires – y compris les différentes étapes de la neurogenèse réactionnelle – mais aussi en régulant la vitesse de récupération des fonctions posturo-locomotrices (Dutheil et al., 2013). Nous avons récemment démontré que la signalisation BDNF est impliquée dans la neurogenèse réparatrice induite après lésion vestibulaire, et que certains marqueurs spécifiques de l’excitabilité (transporteurs KCC2 et récepteurs GABAA) subissent localement des fluctuations significatives, suggérant que le GABA acquiert temporairement un rôle dépolarisant dans les noyaux vestibulaires (NV) pendant la période de récupération (Dutheil et al., 2016). Ce mécanisme de plasticité original pourrait expliquer en partie comment l’homéostasie électrophysiologique entre les NV déafférentés et intacts (considérée comme un paramètre clé de la compensation vestibulaire) est assurée. Les prochaines étapes de notre travail consisteront à étudier comment l’interaction entre ces effecteurs cellulaires favorise la réorganisation des voies neuronales et la restauration de l’activité dans les noyaux vestibulaires ipsilatéraux et controlatéraux. Ceci sera fait en combinant des études cellulaires et pharmacologiques sur des modèles de neurectomie vestibulaire unilatérale chez le rat et la souris avec des investigations électrophysiologiques sur des tranches de tronc cérébral. Nous espérons ainsi obtenir une image complète des mécanismes impliqués dans le processus central de compensation, avec l’ambition de développer des approches pharmacologiques ciblées pour accélérer le rétablissement de l’équilibre chez l’homme.

Cascade d’évènements sous-jacents à la modulation de Homéostasie chlorure dans les noyaux vestibulaires déafférentés après neurectomie vestibulaire unilatérale. La baisse d’expression des KCC2 augmente le chlore cytoplasmique permettant une action dépolarisante de GABA. Au même moment (3 jours après UVN), un pic de cellules positives à la BrdU est observé des les NV du côté lésé, associé à un pic d’expression du BDNF. Ceci suggère que le BDNF, libéré par les neurones et les cellules gliales, pourrait moduler la prolifération, la survie et l’excitabilité cellulaires. Extrait de Dutheil et al. J Neuroscience (2016).

Dutheil S, Watabe I, Sadlaoud K, Tonetto A, Tighilet B. BDNF signaling promotes vestibular compensation by increasing neurogenesis and remodeling the expression of potassium-chloride cotransporter KCC2 and GABAa receptor in the vestibular nuclei. Journal of Neuroscience (2016) 36(23): 6199-6212.

III- Optimisation des méthodes de diagnostic des syndromes vestibulaires

Les traitements des troubles vestibulaires manquent de spécificité et d’efficacité (Chabbert 2013). Ceci freine considérablement le développement de thérapies ciblées adaptées aux différents types et stades de troubles vestibulaires. Dans le but d’améliorer le diagnostic des syndromes vestibulaires, nous allons initier un projet collaboratif impliquant plusieurs membres du GDR Vertige sur la période 2018-2022. Une première partie du projet consistera à rechercher de nouveaux marqueurs cliniques des altérations de la posture et de l’équilibre et à développer des paradigmes de quantification automatisés. Une seconde partie du projet, menée en collaboration avec des cliniciens et kinésithérapeutes vestibulaires, consistera à améliorer la classification des syndromes vertiges dans une large population de patients vertigineux, dans le but de fournir des schémas décisionnels plus précis aux praticiens réhabilitateurs. Grâce à cette approche combinée, nous espérons fournir de nouveaux outils de diagnostic pour les troubles vestibulaires et améliorer ainsi la prise en charge des patients vertigineux.

5 publications majeures des membres de l’équipe

  • Tighilet B, Péricat D, Frelat A, Cazals Y, Rastoldo G, Boyer F, Dumas O, Chabbert C. Adjustment of the dynamic weight distribution as a sensitive parameter for diagnosis of postural alteration in a rodent model of vestibular deficit. PLoS One (2017) Nov 7;12 (11):e0187472.
  • Dutheil S, Watabe I, Sadlaoud K, Tonetto A, Tighilet B. (2016). BDNF signalling promotes vestibular compensation by increasing neurogenesis and remodelling the expression of potassium: chloride cotransporter KCC2  and  GABAa  receptor  in  the  vestibular    Journal of Neuroscience (2016) 36 (23): 6199-212.
  • Dutheil S, Escoffier G, Gharbi A, Watabe I,  Tighilet B. GABAA receptor agonist and antagonist alter vestibular compensation and different steps of reactive neurogenesis in deafferented vestibular nuclei of adult cats. Journal of Neuroscience (2013) 25; 33 (39): 15555:66.
  • Bartolami S, Gaboyard S, Quentin J, Travo C, Cavalier M, Barhanin J, Chabbert C. Critical roles of transitional cells and Na/K-ATPase in the formation of vestibular endolymph. Journal of Neuroscience (2011) 31 (46): 16541-9.
  • Brugeaud A, Travo C, Dememes D, Lenoir M, Llorens J, Puel JL, Chabbert C. Control of hair cell excitability by vestibular primary sensory neurons. Journal of Neuroscience (2007) 27: 3503-3511.