La miR-126 d’origine musculaire régule la synthèse locale axonale de TDP-43 et maintient l’intégrité de la jonction neuromusculaire dans les modèles ALS — Revue sur l’article de « nature neuroscience »

1. Contexte scientifique et motivation de l’étude

La sclérose latérale amyotrophique (Amyotrophic Lateral Sclerosis, ALS) est une maladie mortelle des motoneurones débutant à l’âge adulte, caractérisée principalement par un dysfonctionnement de la jonction neuromusculaire (Neuromuscular Junction, NMJ), une dégénérescence des axones et la mort des motoneurones. La majorité des cas d’ALS sont étroitement liés à des anomalies de la protéine TDP-43 (TAR DNA-binding Protein 43, protéine multifonctionnelle de liaison à l’ADN/ARN), dont les mécanismes pathogènes incluent le déplacement de TDP-43 du noyau vers le cytoplasme, la formation d’agrégats hautement phosphorylés, ainsi que l’interférence avec l’épissage, le transport et la régulation de la traduction locale de l’ARN. Il est particulièrement notable que TDP-43 présente souvent une accumulation anormale dans les axones périphériques et au niveau des NMJ chez les patients ALS, mais le mécanisme sous-jacent à cette accumulation reste encore mal élucidé.

Des études récentes suggèrent que la synthèse locale de protéines est particulièrement cruciale pour la fonction et la survie des axones longs des neurones, et que l’intégrité de la NMJ dépend également de processus de synthèse protéique spatialement et temporellement restreints à leurs extrémités axonales. Les perspectives traditionnelles estiment que la pathologie axonale domine aux premiers stades de l’ALS, et l’accumulation de TDP-43 dans les nerfs périphériques pourrait affecter le renouvellement protéique et le métabolisme énergétique de la NMJ, accélérant ainsi la dégénérescence des motoneurones. Parallèlement, le muscle ne se contente pas d’être un récepteur passif de l’innervation, mais participe activement à la régulation et au maintien de la NMJ, notamment via des signaux moléculaires comme les miARN dans les exosomes.

Cette étude vise à élucider les mécanismes moléculaires de l’accumulation locale de TDP-43 au niveau des axones périphériques et des NMJ dans l’ALS, en se concentrant sur le rôle du miARN musculaire — miR-126a-5p — secrété via des exosomes et sa régulation transcellulaire de la synthèse locale de TDP-43, ainsi que l’impact de cette communication muscle-axone sur l’initiation et la progression de l’ALS.

2. Source de l’article et informations sur les auteurs

Cet article de recherche originale est publié dans la revue académique de haut niveau « nature neuroscience » (volume 28, Novembre 2025, pp. 2201–2216), DOI : https://doi.org/10.1038/s41593-025-02062-6. Les principaux auteurs incluent Ariel Ionescu, Lior Ankol, Anand Ganapathy Subramaniam, Topaz Altman, Iddo Magen, Yahel Cohen, Yehuda Danino, etc., issus de l’Université de Tel Aviv (Tel Aviv University), Sourasky Medical Center, et autres institutions israéliennes.

3. Déroulement détaillé de l’étude

1. Conception et sujets de la recherche

Cette étude combine des échantillons cliniques de patients ALS (incluant des cas avec mutations du gène SOD1, des patients ALS sporadiques et des témoins non-ALS), divers modèles animaux ALS (notamment souris SOD1^G93A et SOD1^G37R), des systèmes de co-culture de cellules primaires (dont des neurones et cellules musculaires dérivés de cellules souches pluripotentes induites humaines, iPSC), ainsi que des technologies microfluidiques in vitro. Les approches expérimentales englobent analyses histologiques, biologie moléculaire, isolation et caractérisation des exosomes, hybridation in situ fluorescente monomoléculaire (smFISH), détection de la synthèse locale de protéines (puromycin-PLA et O-propargyl puromycin), interférence génétique, validation fonctionnelle des miARN, surexpression par lentivirus, injection de AAV in vivo, évaluations comportementales et analyses multi-omiques.

2. Principales étapes expérimentales et itinéraire technique

(1) Détection de l’accumulation locale de TDP-43 dans les nerfs périphériques et NMJ des patients ALS et souris modèles

• Échantillons cliniques : Coloration immunohistochimique pour repérer la distribution des agrégats phosphorylés de TDP-43 (pTDP-43) dans les biopsies nerveuses de patients ALS (mutations SOD1 et ALS sporadique), comparée aux témoins non-ALS.
• Modèles animaux : Quantification par immunofluorescence de l’accumulation pTDP-43 dans les nerfs périphériques et tissus musculaires des souris SOD1^G93A et SOD1^G37R.
• Analyse des agrégats NMJ : Analyse 3D de co-localisation de TDP-43 et des marqueurs NMJ (NFH, Synaptophysin, Bungarotoxin), mettant en évidence l’accumulation axonale/NMJ selon le type de muscle (fatigable rapide/lent) et le stade de la maladie.

(2) Localisation et traduction locale de TDP-43 mRNA au niveau de l’axone et de la NMJ

• Système de culture neuronale primaire microfluidique : Séparation des ARNs axonaux et somatiques, quantification par PCR de l’expression de TDP-43 et d’ARNm contrôle.
• smFISH : Visualisation de la localisation de TDP-43 et β-actin mRNA dans les axones neuronaux et la NMJ musculaire.
• Puromycin-PLA : Détection de la synthèse locale de TDP-43, appliquée aux neurones primaires et systèmes de co-culture pour vérifier le rôle régulateur du muscle sur la traduction protéique axonale locale.

(3) Analyse des exosomes musculaires (EVs) et de la transmission des miARN

• Détection des marqueurs exosomaux : Localisation de CD63, CHMP2A, CD81 dans les muscles et les NMJ par immunohistochimie.
• Analyse fonctionnelle des exosomes : Suivi en temps réel (CD63-phluorin, CD63-GFP) de la transmission des exosomes du muscle vers l’axone.
• **Isolation des EVs du milieu de muscle primaire par ultracentrifugation, caractérisation par NTA (analyse nanoparticulaire), TEM (microscopie électronique).
• Analyse omique (sequencage ARN et protéomique) : Étude des miARN et protéines AGO2 dans les exosomes, expliquant la transmission du complexe interférent ARN (RISC) et son impact sur le transcriptome axonal et la synthèse de protéines.
• Analyse de l’enrichissement en miARN musculaires (myomiR) : Par séquençage de petits ARN et FISH, identification et localisation de miARN abondants dans les EVs, principalement miR-126a-5p, au niveau NMJ.

(4) Validation du mécanisme de régulation de TDP-43 mRNA par miR-126a-5p

• Prédiction et validation des cibles : Prédiction (TargetScan) des gènes liés à l’ALS ciblés par miR-126a-5p, mettant en avant TDP-43 (TARDBP) avec plusieurs sites de fixation sur ses transcrits.
• Test de rapporteur bi-luciférase : Construction de vecteurs contenant les 3’UTR de TDP-43 (sauvage et mutant), validation de la liaison directe miR-126a-5p/TDP-43 et de l’inhibition de traduction.
• Surexpression et analyse fonctionnelle de miR-126 dans les motoneurones primaires : Surexpression lentivirale, quantification de la transcription et de la protéine TDP-43, validation de la conservation fonctionnelle dans les modèles murin et humain.

(5) Analyse des variations d’expression de miR-126a-5p chez les patients ALS et les modèles animaux

• Dosage du miR-126-5p des exosomes sanguins de patients ALS : Comparaison avec des témoins sains, confirmation de la diminution significative dans l’ALS.
• Analyse de l’expression musculaire et spinale de miR-126a-5p chez les modèles animaux ALS : Mise en évidence de la réduction dans les muscles (et NMJ) des souris SOD1^G93A et SOD1^G37R, alors que le niveau dans la moelle épinière reste inchangé.

(6) Validation de la fonction protectrice des exosomes/miR-126a-5p sur la NMJ en modulation

• Knock-down conditionnel de Rab27a et inhibition pharmacologique : Utilisation de shRNA Tet-on anti-Rab27a ou du composé GW4869 dans les cultures microfluidiques, inhibition de la sécrétion exosomale dans les muscles primaires, mesure de l’effet sur la synthèse locale de TDP-43 dans les axones, la synthèse protéique NMJ, la structure et la fonction NMJ.
• Traitement antisens spécifique miR-126a-5p (mir126i) : Inhibition ciblée du miR-126a-5p musculaire dans les co-cultures, observation de l’accumulation anormale axonale de TDP-43 et dégénérescence NMJ.
• Double interférence : Application simultanée de mir126i et siRNA anti-TDP-43, constat que seul le knockdown de TDP-43 prévient la dégénérescence induite par la perte de miR-126a-5p, démontrant l’action protectrice NMJ principalement via la régulation de TDP-43.

(7) Effet de la surexpression de miR-126 sur le phénotype dans les modèles ALS

• Surexpression in vivo par AAV de miR-126 : Injection de PHP.EB AAV exprimant miR-126-GFP dans le SNC et un muscle gastrocnémien chez des souris SOD1^G93A ; amélioration significative des fonctions motrices (Catwalk, support des membres, etc.) durant la progression de la maladie, réduction de l’agrégation axonale de TDP-43 dans la NMJ, mais pas d’effet durable sur la survie (due à la correction incomplète du niveau de miR-126).
• Tests sur modèles humains iPSC-ALS en co-culture : Expression lentivirale de miR-126 dans co-cultures neuronales-musculaires dérivées de iPSC porteurs de mutations SOD1^A5V et TDP-43^M337V ; baisse significative de l’accumulation pTDP-43 axonale et protection contre la dégénérescence.

4. Description détaillée des résultats

Accumulation périphérique/NMJ de TDP-43

Les auteurs montrent de façon systématique que TDP-43 s’accumule de façon phosphorylée non seulement dans les noyaux cellulaires spinaux, mais aussi dans les nerfs périphériques et NMJ des modèles ALS (notamment mutants SOD1), renversant l’idée classique d’absence de pathologie TDP-43 dans ces cas. L’agrégation NMJ est aggravée dans les stades avancés et corrélée à une réduction de la synthèse protéique axonale locale. Différences de susceptibilité observées selon le type musculaire et le modèle animal (par exemple plus marqué dans le muscle EDL fatigable rapide).

Localisation axonale/NMJ et traduction de TDP-43 mRNA

Analyse microfluidique et moléculaire révèle que le mRNA de TDP-43 est présent dans les axones, non uniquement dans les corps cellulaires. Détection puromycin-PLA montre une traduction locale active à l’extrémité axonale, modulée négativement par la co-culture avec le muscle, soulignant le rôle du muscle et de ses facteurs sécrétés dans ce contrôle.

Mécanisme de régulation transcellulaire du muscle par exosome/miR-126a-5p

Les exosomes musculaires se concentrent dans la région NMJ, contiennent diverses miARN et des membres du complexe RISC tel AGO2, sont captés par les axones, participant au dialogue intercellulaire et à la régulation post-transcriptionnelle. Les expériences montrent que miR-126a-5p est enrichi dans les exosomes et localisé spécifiquement à la NMJ, indiquant une fonction dédiée transcellulaire.

Inhibition directe de la synthèse locale de TDP-43 par miR-126a-5p

Ingénierie génétique et rapports bi-luciférase confirment la liaison directe de miR-126a-5p aux sites du 3’UTR du transcript axonal majeur de TDP-43, inhibant la traduction et favorisant la dégradation de l’ARNm. Ce mécanisme est validé dans les modèles murins et humains, soulignant sa forte conservation.

Baisse pathologique de miR-126a-5p favorisant TDP-43 accumulation et neurodégénérescence dans ALS

Chez les patients ALS, animaux modèles et microenvironnement de la NMJ, miR-126a-5p est significativement réduit, ce qui correspond à une accumulation axonale accrue de TDP-43 et une baisse de la capacité de synthèse protéique. L’interférence par knockdown de sécrétion exosomale ou inhibition de miR-126a-5p produit un dysfonctionnement NMJ et une dégénérescence, évitable seulement par l’inhibition de la synthèse de TDP-43.

Effet protecteur de la surexpression de miR-126a-5p dans les modèles ALS

Que ce soit in vivo (AAV, souris) ou dans les co-cultures humaines et murines, la surexpression de miR-126a-5p réduit notablement l’agrégation axonale pTDP-43, restaure la synthèse protéique et la structure NMJ, retarde la perte fonctionnelle motrice, quoique sans effet marqué sur la survie globale.

5. Conclusion et portée

Cette étude révèle un nouveau mécanisme régulateur transcellulaire dans l’ALS : les exosomes musculaires porteurs de miR-126a-5p inhibent la synthèse locale de TDP-43 dans l’axone et permette de maintenir sa capacité de synthèse terminale et l’intégrité NMJ. Dans l’ALS, la baisse de miR-126a-5p au niveau de la NMJ entraîne la levée de l’inhibition, une accumulation axonale anormale de TDP-43, avec pour conséquence un défaut de synthèse protéique local, une dysfonction mitochondriale et une dégénérescence de la jonction neuromusculaire. Cette découverte éclaire la compréhension du processus pathogène et la pathologie précoce de l’ALS et fournit une base moléculaire pour des stratégies thérapeutiques ciblant la synthèse protéique locale (exemples : livraison spécifique de miRNA, ingénierie d’exosomes).

6. Points forts et nouveautés

• Innovation mécanistique : Première description systématique du rôle des exosomes musculaires livrant la miR-126a-5p dans la régulation locale de la synthèse protéique axonale, et démonstration d’une altération majeure de cette voie dans l’ALS.
• Avancée méthodologique : Intégration astucieuse des technologies microfluidiques, smFISH, détection in situ de synthèse protéique, traçage d’exosomes et analyses comportementales pour étudier la micro-environnement NMJ.
• Lien clinique : Démonstration de la baisse de miR-126a-5p exosomale dans le sérum de patients ALS, potentiel biomarqueur de stade précoce et cible pour de nouvelles thérapies basées sur les miARN exosomaux.
• Validation inter-espèces : Concordance des résultats entre les modèles murin et humain (iPSC), renforçant la valeur translationnelle du travail.

7. Perspectives et limites

Les auteurs reconnaissent la limitation liée au faible effectif des cas ALS et aux échantillons, nécessitant des cohortes plus larges pour valider la miR-126a-5p comme biomarqueur universel et cible thérapeutique. D’autres interrogations subsistent : le rôle possible de miR-126a-5p dans les cellules non-neuronales adjacentes à la NMJ (ex. cellules de Schwann), le défi technique de la délivrance ciblée et de l’expression durable des miARN exosomaux sont des axes cruciaux pour de futures recherches.

8. Évaluation globale et portée

Cette étude, menée dans une logique pluridisciplinaire, s’attache aux pathologies précoces de l’ALS et décrit une voie de signalisation trans-tissulaire muscle-axone-NMJ offrant une nouvelle perspective sur la régulation croisée et dynamique. La mise en évidence de la fonction centrale des miARN exosomaux dans le maintien de l’homéostasie NMJ ouvre de nouvelles possibilités pour le diagnostic précoce et le traitement personnalisé des maladies neurodégénératives. Par ailleurs, ce travail rappelle que la régulation de la synthèse protéique locale ne relève pas seulement des machineries neuronales intrinsèques, mais dépend fortement des signaux dynamiques émanant des tissus périphériques tels que le muscle, élargissant la compréhension systémique des maladies des motoneurones.