La Laminine Beta 2 comme potentiel biomarqueur dans la sclérose latérale amyotrophique

Abstract

La Sclérose Latérale Amyotrophique (SLA), également connu sous le nom de maladie de Charcot est une maladie neurodégénérative fatale caractérisée par la dégénérescence progressive des motoneurones (MNs) corticaux et spinaux. Avant leur perte, un des premiers événements physiopathologiques observés est l’altération de la jonction neuromusculaire (JNM), interface essentielle entre le muscle et l’axone terminal moteur, entourée par la glie (démontré dans plusieurs modèles animaux et chez l’humain). Cette altération survient lorsque les MNs ne vont plus connectés au muscle auquel ils étaient ancrés, c’est ce qu’on appelle une dénervation. Sans cette connexion, les muscles vont s’affaiblir et dépérir. Au fur et à mesure que la pathologie s’installe, de plus en plus de muscles vont être atteints, jusqu’à atteindre en dernier lieu les muscles respiratoires, menant au décès du patient. L'activité d'un muscle dépend de l'action coordonnée de ses unités motrices (UM) dont les caractéristiques varient d'un muscle à l'autre. Cette diversité d’UM met en avant une vulnérabilité́ différente à la dénervation dans la SLA : les UM Rapides et fatigables sont plus sensibles à la dénervation tandis que les UM Lentes sont plus résistantes. Bien que de récentes études ont mis en avant des cycles d’innervation et de dénervation des JNMs avant la perte totale de connexion, la conséquence de ces changements morphologiques sur la lame basale, site d’ancrage de la connexion MN-muscle, reste peu exploré. Nous avons émis l’hypothèse que l’occurrence de ces dynamismes morphologiques modifient la composition protéique de cette lame basale, notamment, la laminine beta 2 (Lβ2). Cette protéine matricielle est l’élément d’ancrage des différents éléments de la JNM au cours du développement de la JNM et pour son maintien à l’âge adulte. Son rôle architectural a été démontré et son altération mène à un envahissement de la cellule de Schwann provoquant une altération de la neurotransmission, elle-même permettant la contraction volontaire des muscles. Dans cette étude, nous avons analysé les niveaux de Lβ2 dans différents muscles affectés par la SLA à l’aide d’immunofluorescence et d’imagerie confocale. En marquant la lame basale, l’axone terminal, et les récepteurs nicotiniques postsynaptiques, nous avons évalué l’intégrité de la JNM et la modulation de la Lβ2 à différents stades de la pathologie. Nos résultats montrent que dès le stade présymptomatique de la pathologie, une diminution significative de Lβ2 est détectable, indépendamment de la nature du muscle étudié. La réduction des niveaux de la Lβ2 permet de mettre en avant un potentiel biomarqueur de pronostique. À des stades avancés, où les premiers symptômes moteurs apparents servent de profil de diagnostic, cette diminution persiste sans variation supplémentaire, indiquant que la modulation de la Lβ2 reflète l’installation précoce de la pathologie mais ne corrèle pas avec sa progression. Ces résultats suggèrent que la Lβ2 pourrait constituer un biomarqueur pronostic précoce, ouvrant des perspectives pour un diagnostic anticipé de la SLA. Cette avancée pourrait réduire le délai actuel entre l’apparition des premiers symptômes et le diagnostic, permettant ainsi une prise en charge et un développement thérapeutique plus rapide. En se focalisant davantage sur la période d’installation silencieuse de la maladie, nous permettons un rebond des recherches thérapeutiques sur une fenêtre de temps correspondant à l’installation silencieuse mais progressive de la SLA. Enfin, en ciblant la fenêtre temporelle silencieuse mais critique de la maladie, ce biomarqueur pourrait révolutionner la prise en charge clinique en permettant un diagnostic avant l'apparition des premiers symptômes moteurs servant, à l’heure actuel d’appui de diagnostic. Amyotrophic Lateral Sclerosis (ALS), also known as Charcot's disease, is a fatal neurodegenerative disorder characterized by the progressive degeneration of cortical and spinal motor neurons (MNs). Prior to their loss, one of the earliest observed pathophysiological events is the disruption of the neuromuscular junction (NMJ), a critical interface between the muscle and the motor nerve terminal, surrounded by glial cells (demonstrated in several animal models and in humans). This disruption occurs when MNs are no longer connected to the muscle they were anchored to, a process referred to as denervation. Without this connection, muscles weaken and atrophy. As the pathology progresses, more muscles are affected, eventually involving the respiratory muscles, leading to the patient’s death. A muscle’s activity depends on the coordinated action of its motor units (MUs), whose characteristics vary between muscles. This MU diversity highlights differential vulnerability to denervation in ALS: fast and fatigable MUs are more susceptible, while slow MUs are more resistant. Although recent studies have revealed cycles of innervation and denervation of NMJs before complete connection loss, the impact of these morphological changes on the basal lamina, the anchoring site of the MN-muscle connection, remains poorly explored. We hypothesized that these dynamic morphological changes alter the protein composition of the basal lamina, particularly laminin beta 2 (Lβ2). This extracellular matrix protein anchors the various elements of the NMJ during its development and supports its maintenance in adulthood. Its structural role is well-established, and its disruption leads to Schwann cell invasion, impairing neurotransmission, which in turn enables voluntary muscle contraction. In this study, we analyzed Lβ2 levels in various ALS-affected muscles using immunofluorescence and confocal imaging. By labeling the basal lamina, the motor nerve terminal, and postsynaptic nicotinic receptors, we assessed NMJ integrity and Lβ2 modulation at different stages of the disease. Our results demonstrate that as early as the presymptomatic stage of ALS, a significant reduction in Lβ2 is detectable, regardless of the muscle type examined. This reduction highlights Lβ2 as a potential prognostic biomarker. At advanced stages, where apparent motor symptoms are used for diagnostic profiling, the reduction persists without further variation, indicating that Lβ2 modulation reflects early disease onset but does not correlate with its progression. These findings suggest that Lβ2 could serve as an early prognostic biomarker, opening avenues for the anticipatory diagnosis of ALS. This advancement could shorten the current delay between symptom onset and diagnosis, enabling faster patient management and therapeutic development. By focusing on the silent but progressive onset phase of the disease, we can catalyze therapeutic research within this critical window. Finally, targeting the silent yet crucial temporal window of the disease, this biomarker could revolutionize clinical care by enabling diagnosis prior to the appearance of motor symptoms, currently used as the primary diagnostic indicator.