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Première mondiale : une biothèque de primates en France

Si les souris et autres rats de laboratoire sont les principaux animaux utilisés en recherche biomédicale, "c’est par manque de choix," souligne Erwan Bézard, qui étudie la maladie de Parkinson au CNRS. En effet, les primates sont de bien meilleurs prétendants au poste de "modèle" pour ce type d’études. D’où l’idée de monter une banque de tissus, d’organes, d’ADN et autres produits dérivés de primates non humains.

Macaques en captivité© Reed Kaestner / Corbis

Le développement de la recherche génétique et génomique a intensifié l'usage de matériel biologique. Tissus humains, organes d’animaux, extraits de végétaux ou microorganismes sont stockés dans des "biothèques" où ils serviront notamment à identifier les gènes impliqués dans certaines maladies. La cérébrothèque (tissus cérébraux) de l’hôpital la Pitié Salpetrière, la thumorothèque de Nice, la collection de virus de l’Institut Pasteur,… Aux côtés des biobanques de renom, se développent quantité de petites banques de données biologiques constituées par les chercheurs au fil de leurs besoins.

Dans ce contexte, la création d’une banque de tissus et produits dérivés de primates pourrait paraître anodine. Et pourtant, c’est une première mondiale. Entièrement consacrée aux primates non humains (PNH), cette "primathèque" est née en 2006 sous l’impulsion de deux chercheurs du CNRS, travaillant d’une part au laboratoire Mouvement adaptation cognition (UMR5227) de l’université de Bordeaux 2 et d’autre part au sein de l’Institut de pharmacologie moléculaire et cellulaire de Sophia Antipolis (UMR 6097). À Bordeaux, les tissus simiens sont conditionnés par l’équipe d’Erwan Bézard. Une partie des organes est ensuite envoyée à Sophia Antipolis, où Jean-Louis Nahon supervise l’extraction d'ADN , d'ARN et de protéines (chapitre 1). Depuis sa création, la primathèque a essentiellement servi aux deux laboratoires qui l’ont fondée avec le concours financier du CNRS. Dans un cas, il s’agit d’études sur la maladie de Parkinson, et dans l’autre, de recherches plus théoriques sur l’évolution de l’homme et ses spécificités, comparé à son cousin le plus proche, le singe (chapitre 2).

Aujourd’hui rodés à la production d’échantillons à la demande, les responsables de la biothèque de primates souhaitent développer cette activité indépendamment de leur laboratoire. En effet, "il est encore très difficile d’obtenir des tissus de primates," remarque Erwan Bézard qui juge pourtant la demande grandissante. Le cortège de réglementations protégeant ces animaux est probablement dissuasif. Mais aussi, peu de singes sont disponibles en France et leur coût n’en est que plus élevé… Enfin, certaines associations refusent l’expérimentation animale et contestent l’efficacité du modèle animal pour des diagnostics et traitements destinés aux humains (voir chapitre 3).

01.Naissance d'un centre

Un cryostatLe cryostat est un équipement spécial, utilisé en laboratoire, qui permet la découpe d'échantillons congelés. L'enceinte réfrigérée permet de refroidir un élément de tissu humain ou animal.
© Mouvement adaptation cognition, UMR5227, Bordeaux
Erwan Bézard dirige des travaux de recherche sur la maladie de Parkinson
au laboratoire Mouvement adaptation cognition de Bordeaux 2. Il y a dix ans, il créait pour les besoins de ses études une plate-forme de primatologie expérimentale. C’est à Pékin, dans le pays qui affiche la plus grande production mondiale de singes d’élevage, qu’il a choisi d’installer cette extension du laboratoire de Bordeaux 2. "Au début des années quatre-vingts, l’Inde, alors premier fournisseur, a stoppé la vente d’animaux de capture. Le marché des singes d’élevage est apparu et la Chine s’est alors empressée de l’occuper. D’où son leadership actuel. Pour nous, c’était tout à la fois plus simple et beaucoup moins cher d’être sur place," explique-t-il.

En Chine, il observe le comportement de singes qui servent de modèles pour l’étude de la maladie de Parkinson, et à Bordeaux, il examine l’impact de cette maladie sur leur cerveau. En effet, la maladie de Parkinson étant neuro-dégénérative, elle affecte en premier lieu les neurones du cerveau. C'est pourquoi seul le cerveau est conservé et analysé, le reste des organes - tels que les poumons, le foie ou les tissus - ne servent à rien et sont donc jetés. Les conserver en vu d'un don ou d'un échange avec des laboratoires partenaires correspond au travail d'une biobanque. Bien au fait des difficultés rencontrées par ses collègues pour trouver ce type de matériel biologique, Erwan Bézard s’interroge alors sur l’opportunité de fonder une biobanque de primates. "On compte seulement deux entreprises internationales capables de fournir ce genre de matériel biologique. De plus, n’étant pas spécialisées “primates”, leurs échantillons ne sont pas aussi précis que ceux de nos laboratoires. Par exemple, elles font des broyats de cerveau complet alors que nous arrivons à produire des échantillons provenant de quarante aires cérébrales spécifiques."

En deux ans, la primathèque a récupéré des organes provenant d’environ deux cents singes. Si l’essentiel vient de la plate-forme pékinoise, une partie est issue d’autres laboratoires, de zoos ou de centres d’élevage, pourvu que la source et l’état sanitaire des animaux aient été contrôlés. Pas question d’importer un virus, un animal braconné ou maltraité … Suivant une ligne de conduite établie par l’Organisation de coopération et de développement économiques (OCDE), la primathèque doit s’assurer de la traçabilité de son matériel. Les animaux proviennent de centres respectant la directive européenne de 1986 sur la protection des animaux utilisés à des fins expérimentales. Les importations sont limitées par la convention de Washington sur le commerce international des espèces de faune et de flore sauvages menacées d’extinction. Ainsi, les grands singes tels que les chimpanzés, les gorilles ou les orangs-outangs ne peuvent faire l’objet d’expérimentation. Pour ces espèces, la primathèque collecte donc les tissus auprès de zoos où les animaux meurent "naturellement". Quant aux singes de laboratoire, principalement des macaques, marmousets ou cercopithèques, ils sont élevés en captivité pour la plupart, la loi interdisant de les captureCoupe histologique - Cerveau de singeCoupe histologique (tranche de tissu collé sur une plaque de verre) prélevée sur un cerveau de singe, au niveau des ganglions de la base (impliqués dans les fonctions motrices).
© Mouvement adaptation cognition, UMR5227, Bordeaux
r dans la nature sauf dans des pays où leur abondance les rend nuisibles (île Maurice, St Kitts et Nevis).

Pour les chercheurs, une large part du travail consiste donc à décortiquer les "papiers" des singes afin de vérifier leur "légalité" sur le territoire de la biothèque. Dans le laboratoire Mouvement adaptation cognition du CNRS, deux personnes se chargent à mi-temps de gérer cet aspect par informatique. Ces ingénieurs mettent aussi la main à la patte en disséquant les animaux. Les tissus sont finement découpés dans un cryostat, équipement spécial qui permet la découpe d’échantillons congelés. Puis ils sont conservés, soit sous forme de petits morceaux de 4 mg chacun, soit sous forme de coupes histologiques sur des lames de verre.

Une partie des tissus et organes est ainsi stockée, l’autre est envoyée à Sophia Antipolis où deux personnes à plein temps la transforment en produits dérivés : les tissus sont broyés dans une enceinte parfaitement confinée - ce qui évite toute contamination par des polluants aériens - afin d’en extraire les protéines, l’ADN et l’ARN qui sont ensuite placés dans un cryotube pour une analyse biologique.

"Les utilisations des échantillons sont variées," souligne Erwan Bézard, et de citer l’exemple d’un client qui s’en sert pour tester la toxicité des pesticides sur les tissus. En effet, la peau peut être maintenue en culture plusieurs jours même si l’individu est mort. "Mais, précise Jean-Louis Nahon, les trois quarts des études menées sur les tissus de primates concernent l’aspect génomique fonctionnelle. Certains font des travaux à visées thérapeutiques, tels Erwan pour la maladie de Parkinson. D’autres, comme moi, font des investigations académiques."

02.Utilisations du matériel biologique

"Mon objectif est d’essayer d’appréhender la singularité de l’humain et notamment ses fonctions cognitives les plus élaborées, telles que l’apprentissage du langage, de l’écriture, ou encore l’émergence de la conscience," explique Jean-Louis Nahon. En somme, "d’où viennent nos spécificités ? " En tant que généticien, c’est du côté des génomes qu’il pense trouver la réponse. Cette énigme scientifique a en partie été levée en avril 2003 avec le premier séquençage d’un génome humain complet. Reste qu’on ne connaît absolument pas la correspondance entre les gènes et les fonctions... Or il est très rare qu’un gène corresponde à une fonction donnée, telle que l’apprentissage du langage par exemple. "Le cas du gène FOXP2 abusivement dénommé “gène du langage” est illustratif des simplifications en ce domaine," remarque l’expert. En fait, ce sont plusieurs gènes ensemble qui interviennent dans l’émergence d’une fonction. Et ces mêmes gènes, pris séparément, vont eux-mêmes intervenir dans différentes fonctions ! Percer le mystère relève du parcours du combattant.
Singe/hommeAfin d'étudier les gènes spécifiquement humains, les chercheurs prennent comme élément de comparaison les grands singes. En effet, l'homme possède plus de 98 % de gènes en commun avec eux.
© SXC

Première étape de cette course : déterminer les gènes spécifiquement humains. C’est l’objectif que s’est fixée l’équipe de Jean-Louis Nahon à l’Institut de pharmacologie moléculaire et cellulaire. Et pour cela, l’élément de comparaison idéal semble être naturellement les grands singes puisque ce sont nos cousins les plus proches : nous possédons plus de 98 % de nos gènes en commun… Parmi les gènes spécifiquement primates, les chercheurs de Sophia Antipolis tentent d’établir ceux qui sont spécifiquement hominidés, c'est-à-dire qui appartiennent uniquement à la lignée évolutive conduisant à l’homme et regroupant les grands primates tels que les chimpanzés ou les gorilles. "Nous avons choisi de considérer un gène spécifique primate et de cartographier son expression dans tous les organes d’une espèce de singe puis d’une autre." En effet, le noyau de toutes nos cellules contient l’intégralité de nos gènes. Mais ceux-ci s’expriment différemment d’un organe à l’autre : dans le cerveau ils synthétisent les neurotransmetteurs, dans l’estomac les enzymes de la digestion, dans le sang l’hémoglobine qui transporte l’oxygène, etc. Entre ces cellules et l’information génétique contenue dans l’ADN, il existe un produit intermédiaire appelé ARN. C’est en quantifiant cet ARN chez différents primates et dans différents organes que Jean-Louis Nahon a découvert en 2001 le premier exemple de gène spécifiquement hominidé. C'est-à-dire un gène qui s’exprime uniquement chez les hominidés, dans les cellules du cerveau et des testicules. Depuis cette découverte, le chercheur s’est attaqué à la deuxième étape : cerner la ou les fonction(s) de ce gène pour, in fine, le corréler à des fonctions propres à l’homme. Et pourquoi pas, un jour, déterminer le rôle de ce gène dans des affections neurologiques typiquement humaines comme la maladie de Parkinson par exemple.

Les échantillons de la primathèque servent également à mettre au point de meilleurs diagnostics et traitements des maladies neuro-dégénératives telles que Parkinson, Alzheimer, la schizophrénie, l’autisme, etc. Ce sont notamment les travaux de recherches thérapeutiques menés par Erwan Bézard : "Pour l’instant, nous en sommes seulement au stade de la corrélation entre ce que l'on observe et l'état pathologique, et non dans le lien de cause à effet", insiste le responsable. Concrètement, les chercheurs rendent les macaques parkinsoniens grâce à une neurotoxine injectée par voie veineuse. Ils étudient ensuite les réponses de ces animaux malades à un traitement. On observe l’impact physiologique au niveau du cerveau par imagerie cérébrale, électrophysiologie, etc. Et aussi, l’impact sur le comportement des macaques lorsqu’ils réalisent des tâches complexes motrices et cognitives. Post mortem, on mesure la modification des cellules cérébrales : le gène que l’on soupçonne impliqué dans la maladie a-t-il été sur-exprimé ou au contraire réprimé ? Quelle modification a-t-il induit dans la structure cible ou dans les autres structures cérébrales connectées à ce dernier ? Ou, au contraire, s’il ne présente aucun changement, faut-il en conclure qu’il n’est pas impliqué dans la maladie ? Ces différents niveaux d’analyse (in vivo puis post mortem) sont regroupés afin d’établir des corrélations entre étendue de la dégénérescence, comportement, activité cérébrale et éventuellement changement d’expression du gène initialement ciblé.

03.Une approche discutée

Le sacrifice d’animaux d’élevage pour des études à but thérapeutique demeure une pratique très contestée par les associations de protection d’animaux. "Nous faisons notre possible pour limiter l’utilisation de nouveaux animaux," insiste Erwan Bézard qui met par ailleurs en valeur l’aspect "éthique" de la biothèque grâce à laquelle il est possible de fournir "le maximum d’échantillons avec le minimum d’animaux." En effet, la primathèque centralise les efforts et évite ainsi la duplication des sacrifices : un seul animal sert à approvisionner différents laboratoires qui autrement auraient sacrifié un animal chacun.

Autre point de discorde : l’expérimentation animale pourrait être remplacée par d’autres méthodes, notamment la mise en culture de cellules humaines. C’est du moins la thèse défendue par l’association Antidote qui milite pour des méthodes alternatives à l'expérimentation animale. Mais pour Erwan Bézard, chaque méthode correspond à un type d’étude : "Si ces méthodes peuvent avoir une valeur en toxicologie par exemple, elles ne sauraient s’appliquer aux études des organes complexes tels que le cerveau. L’étude de la biologie intime d’un cerveau ne se réduit pas à la connaissance de la cellule isolée, ou même cultivée en groupe en culture. L’étude du cerveau requiert d’utiliser ou d’accéder à des cerveaux. Par exemple, pour ce qui concerne la maladie de Parkinson, tous, je dis bien tous, les traitements mis à disposition des cliniciens ont été trouvés, étudiés et validés dans des modèles animaux avant d’être testés chez les patients."
Souris de laboratoireCertaines maladies humaines sont étudiées sur des souris "knock out", dont la structure du gène a été modifiée, l'empêchant de s'exprimer. Cela permet d'étudier les effets d'un gène sur un organisme, par son absence ou son absence de fonctionnement.
© Alexis Chézière / CNRS Photothèque

Et pourquoi ne pas utiliser des cerveaux humains dans ce cas ? Parce qu’il est encore plus difficile d’obtenir du matériel humain qui, de toute manière, sert à valider les hypothèses systématiquement élaborées, dans un premier temps, chez l’animal : "Il faut un délai post-mortem inférieur à 24h, un opérateur habilité pour une trépanation, des accords du patient, un parfait suivi de sa pathologie avant le décès, etc. Dans ce contexte, les primates demeurent le meilleur modèle dont on dispose puisque ce sont les êtres vivants les plus proches de nous au niveau anatomique et fonctionnel."

C’est pourquoi le chercheur travaille sur les primates et non sur des rongeurs, pourtant plus faciles à acquérir et peu coûteux. En effet, plusieurs laboratoires étudient désormais certaines maladies humaines à partir de souris "knock out" ou "knock in", les premières ayant un gène inhibé (que l'on empêche d'agir) et les secondes un gène inséré (que l'on a ajouté). Il est possible d’observer sur ces souris génétiquement modifiées (GM) les effets de la suppression ou l’ajout d’un gène et d’en déduire la fonction. "Mais, s’agissant de la maladie de Parkinson, il est difficile de transposer directement à l’humain des résultats obtenus à partir de souris GM. Encore une fois, nos fonctions ou comportements sont vraiment trop éloignés, comment évaluer par exemple le rôle de certains gènes dans la dégénérescence neuronale quand l’environnement des neurones diffère chez les rongeurs et les primates."

Pour la primathèque, l’enjeu commercial se situe essentiellement du côté de la recherche fondamentale. "S'il y a une explosion de la demande, elle sera induite par les nouveaux programmes de recherche autour du génome humain et des génomes de primates non humains établis récemment (macaque et chimpanzé)," estime Jean-Louis Nahon. Ses travaux sont justement rattachés au consortium européen Apes (Comparative analysis of primate genomes, transcriptomes and proteomes with an emphasis on cognitive capabilities) qui a pour objectif d’identifier et de caractériser fonctionnellement les gènes ou réseaux géniques à la fois propres aux primates et impliqués dans le contrôle du cerveau, en particulier ceux régulant les processus cognitifs. "Dans le cadre de ces recherches théoriques, nous avons tout un réseau de collaborateurs potentiellement intéressés par nos échantillons, souligne-t-il. C’est notamment en Amérique du Nord et en Europe que la demande est croissante. Nous avons d’ailleurs déjà envoyé plusieurs échantillons à des laboratoires partenaires au Canada et en Allemagne."

En deux ans, la primathèque est passée d’un fonctionnement "artisanal" pour les besoins internes, à une production assez efficace en temps et en qualité pour intéresser des laboratoires étrangers. Jean-Louis Nahon compte prochainement déposer un dossier de création d’entreprise auprès de l’incubateur PACA-Est. La petite entreprise pourrait rouler sa bosse seule, ou devenir partenaire des grandes sociétés internationales déjà impliquées dans ce marché. Encore beaucoup d’aspects sont à reconsidérer, un exercice d’entrepreneur pas toujours évident pour ces chercheurs. C’est notamment avec le CNRS, leur organisme de tutelle, qu’il leur faut dessiner le contour de la future "primatech".

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