Imagerie de l expression génique

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1 Franck Couillaud MODULE NATIONAL D'ENSEIGNEMENT DE TECHNOLOGIES AVANCEES Imagerie de l expression génique Université de Bordeaux Résonnance Magnétique des Systèmes Biologiques CNRS UMR 5536 et des thérapies géniques Paris,le 8 Avril 2014

2 POURQUOI? Imagerie de l expression génique Histoire naturelle d une maladie Imagerie moléculaire génique Imagerie fonctionnelle Imagerie moléculaire Imagerie physiologique, métabolique Imagerie anatomique. IRM Rayon X Echographie Radiologue

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4 Bioluminescence (BLI) Firefly luciférase Sensibilité Coût Renilla luciférase Gaussia luciférase - Résolution - Profondeur - Quantification - Uniquement technologie des gènes rapporteurs - Clinique? Promoteur

5 Fluorescence Reflectance Imaging (FRI) Sensibilité Rapidité Choix de sondes Coût Résolution Profondeur Quantification J. Boutet, 2011 Tomographie de fluorescence (FMT) Profondeur Quantification Résolution

6 Sensibles mais peu résolutives

7 Imagerie Multimodale Résolution Sensibilité PRECLINIQUE CLINIQUE IRM Scanner X Echographie Micro CT IRM petit animal Echographie PET SPECT Optique (BLI FRI-FMT)

8 Imagerie Fluorescence en clinique - Ophtalmologie - Urologie - Chirurgie Porphyrines photoactives Sonde Fluo péropératoire Fluobeam, Fluoptic Aujourd hui Demain Sonde US/tomoFluo Tomographe optique

9 Imagerie de l expression génique = Imagerie ADN et ARNs + Imagerie de la transcription et de la traduction ADN ADN oncogènes, mutations, méthylation, translocation trisomie Transcription Régulation de la transcription (Promoteurs multip les, enhancers, sites d initiation) Traduction ARNm Protéine (ARNm) n Protéines Régulation post-transcriptionelle (Edition, épissage, polyadénylation, UTR, ARE, dégradation ARN non-sense, ARNt, capping, mirna,.) Régulation de la traduction (Coiffe, µorf, mirna, IRES, facteurs d initiation, site initiation alternatifs,.) 1. Imagerie des évènements précoces Origine des processus physiologiques & pathologiques 2. Imagerie des thérapies géniques Expression génique Inhibition génique (RNAi)

10 mirna Interférence ARN (RNAi) inhibition post transcriptionelle

11 Comment «imager» l expression génique? In Vitro Imagerie (in vivo) - Sondes oligonucléotidiques - Hybridation in situ, FISH - Northern Blot, southern Blot - Puces ARN & ADN - sirna Nature Medecine, Amplification - Clonages -PCR & RtPCR - Gènes rapporteurs - Histologiques - dosages (luminometrie-fluorimetrie)

12 Gènes rapporteurs Un gène rapporteur est un gène dont le produit (protéine) possède une caractéristique lui permettant d'être observé (fluorescence, activité enzymatique détectable). Les gènes rapporteurs sont utilisés pour permettre de visualiser ou mesurer l'expression d'un gène d'intérêt, pour cela le gène rapporteur peut être fusionné au gène étudié, ou mis sous le contrôle du promoteur de ce dernier. Kang and Chung, J. Nuclear Medecine, 2008

13 Gènes rapporteurs codent pour des protéines. Protéines exogènes qui vont devenir l agent de contraste Enzymes qui vont modifier l agent de contraste Transporteurs qui vont favoriser l accumulation de l agent de contraste Récepteurs qui vont retenir l agent de contraste

14 T-map BL image at 6h Protéine exogène qui devient l agent de contraste Mouse 1 Mouse 2 42 C 40 C 43 8 min 38 C 1400 cts/s/pix 200 cts/s/pix Deckers et al., 2009.

15 Enzyme qui va modifier l agent de contraste 124 I FIAU Entre librement dans les cellules Phosphorylé par tk il est piégé Ponomarev V, et al (2004). A novel triple-modality reporter gene for whole-body fluorescent, bioluminescent, and nuclear noninvasive imaging. Eur J Nucl Med Mol Imaging 31,

16 Récepteur à la Transferrine Transporteur qui va accumuler l agent de contraste Le récepteur à la transferrine (TR) est une protéine qui transporte le complexe transférrine-fer à l intérieur de la cellule (receptor-mediated endocytosis). Rat 9L gliosarcoma surexprimant le récepteur à la transferrine humaine (TR) IV injection de MION (Mono cristalline iron oxyde particle) chez le rat (2-3 mg iron/animal) MION est pris en charge par la transférine, et le complexe est à son tour pris en charge par TR et s accumule dans les cellules. Images IRM (7 Tesla): diminution du R2 T1 T2w GE R2 map +TR From Weissleder 2000 Nature Med

17 Récepteurs qui vont retenir l agent de contraste

18 Gène rapporteur Transfection ou transduction Modification génétique de l hôte Pb en clinique (éthique) - Modification transitoire lentivirus non intégratifs ARN (post transcriptionnel) - Associer l imagerie à la thérapie

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20 1.Transfection 2. Imagerie 3.Thérapie Liposome tk 124 I FIAU Ganciclovir

21 Comment «imager» l expression génique? In Vitro Imagerie (in vivo) - Sondes oligonucléotidiques - Hybridation in situ, FISH - Northern Blot, southern Blot - Puces ARN & ADN - sirna Nature Medecine, Amplification - Clonages -PCR & RtPCR - Gènes rapporteurs - Histologiques - dosages (luminometrie-fluorimetrie)

22 Hao Hong, Yin Zhang, and Weibo Cai J Nucl Med. Feb 2010; 51(2):

23 Augmentation de la fluorescence Diminution du signal T2 Cancer Res. 2010;70(19): Kumar M 1, Yigit M, Dai G, Moore A, Medarova Z.

24 Imagerie de l expression génique Régulation de l expression génique est un domaine en pleine effervescence Imagerie de l expression génique est très utilisée en préclinique Transfert vers la clinique est possible dès aujourd'hui grâce à l imagerie nucléaire Imagerie optique arrive en clinique Merci de votre attention