Open Access
Numéro
Med Sci (Paris)
Volume 35, Numéro 5, Mai 2019
Page(s) 479 - 482
Section Forum
DOI https://doi.org/10.1051/medsci/2019082
Publié en ligne 22 mai 2019

© 2019 médecine/sciences – Inserm

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Vignette (Photo © Hélène Gilgenkrantz).

L’appartenance des rongeurs à la classe des mammifères les rend proches de l’homme, même s’ils n’en partagent pas toutes les caractéristiques. Parmi les mammifères, leurs propriétés zootechniques (petite taille, reproduction rapide et en grand nombre) leur confèrent une qualité indéniable d’organismes-modèles, et ils sont largement répandus dans les divers laboratoires de par le monde. Le Tableau I en est un témoignage, avec la longue liste des Prix Nobel dont les découvertes ont été obtenues grâce aux modèles rongeurs, le premier étant celui de Nicolle en 1928. Il a été suivi en 1939 par celui décerné à Domagk pour la découverte du premier antibiotique commercialement exploitable, le sulfamidochrysoïdine (ou Prontosil®), qui a été rapidement supplanté par la pénicilline, ayant valu elle-même le Prix Nobel en 1945 à Fleming, Flore et Chain !

Tableau I.

Prix Nobel de physiologie ou médecine ayant utilisé des modèles murins.

Le modèle souris

La souris (Mus musculus) est actuellement l’organisme-modèle le plus utilisé en recherche biomédicale. Elle présente de nombreux intérêts : sa taille (10 cm, 35 grammes en moyenne), sa courte durée de vie (de l’ordre d’un an), son rythme rapide de reproduction (3 à 8 petits par portée et une gestation de 21 jours) et… son faible coût par rapport à d’autres organismes-modèles. Il est ainsi possible d’élever des colonies de taille suffisante et dans un laps de temps raisonnable pour obtenir des résultats ayant une réelle validité statistique. La génétique de la souris est étudiée depuis longtemps (un des pères de la génétique murine est le français Lucien Cuénot, 1866-1951) et de nombreux mutants spontanés sont disponibles. L’isolement de lignées consanguines ou isogéniques a permis de réduire la variation naturelle entre les sujets et, à l’inverse, de mettre en évidence l’importance du fonds génétique. C’est le cas par exemple de cette étude de toxicologie réalisée par Church et al. démontrant l’importance du fonds génétique dans la toxicité d’un extrait du thé vert [4].

Le séquençage complet du génome de la souris, en 2002, a démontré la proximité phylogénétique des souris et des hommes : 90 % des gènes humains ont un équivalent chez la souris, permettant d’élaborer des approches génétiques et fonctionnelles valides. Lorsque les gènes orthologues produisent des effets différents entre souris et homme, le remplacement dans le génome du gène de la souris par son équivalent humain permet cependant la création de lignées humanisées. Ainsi, les souris SCID (severe combined immunodeficiency) et leurs dérivées, toutes immunodéficientes, ont permis le développement des modèles humanisés, notamment pour la production d’anticorps monoclonaux humains à visée thérapeutique, permettant, entre autres, une bonne prise de greffe lors de transplantation chez l’homme1. L’infectiologie et la parasitologie sont aussi des domaines qui font appel à des modèles de souris humanisées grâce à la construction de lignées susceptibles à l’infection par certains micro-organismes, comme la bactérie Listeria monocytogenes, les virus de l’hépatite B et C (HBV, HCV) ou encore le parasite Plasmodium falciparum [5].

Le développement des outils de transgenèse et la possibilité de cultiver des cellules-souches totipotentes (cellules souches embryonnaires ou CSE) ont permis de créer de nombreux mutants de type knock-in (intégration) ou knock-out (délétion) : 10 000 gènes avaient ainsi été inactivés en 2010 et plus 21 000 en 2012. Le prix Nobel de 2007 a d’ailleurs récompensé Capecchi, Evans et Smithies pour leurs travaux sur la recombinaison homologue et les CSE. Le raffinement, ces dernières années, des technologies de recombinaison, de type Cre-lox2 ou CRISPR/Cas9 (clustered regularly interspaced short palindromic repeat) [24] () et de transgenèse inductible, renforce encore l’intérêt de ces modèles. On peut citer comme exemple récent la mise au point de modèles bioluminescents, permettant de tester des agents anti-microbiens contre des infections résistantes aux antibiotiques classiques [6].

(→) Voir la Nouvelle de H. Gilgenkrantz, m/s n° 12, décembre 2014, page 1066

Le domaine de la génétique n’est pas le seul dans lequel le modèle souris se révèle performant : les différents systèmes de son organisme présentent une organisation et une régulation proches de celles de l’homme. Également, les souris sont susceptibles de contracter certaines maladies humaines telles que le diabète, certains cancers, des troubles liés à l’anxiété, etc. Ainsi, de nombreux modèles des maladies d’Alzheimer, de Creutzfeldt-Jakob, de Parkinson ont été développés. Ils ont par exemple permis de démontrer l’implication de l’alpha-synucléine dans l’étiologie de la maladie de Parkinson. Ils permettent également de tester de nouvelles préparations galéniques, comme ce modèle d’étude des effets anesthésiques de préparation de liposomes sur un bloc nerveux périphérique [7]. Dans le domaine des réponses inflammatoires et immunitaires, un modèle de souris permettant la déplétion transitoire des neutrophiles a conduit à de nouvelles avancées dans la compréhension des mécanismes du choc endotoxinique [8] ().

(→) Voir la Synthèse de C.M. Gillis et L.L. Reber, m/s n° 4, avril 2018, page 339

La cancérologie est un champ d’utilisation de modèles souris nécessitant des caractéristiques particulières : ils doivent permettre le développement des tumeurs avec une haute pénétrance et reproductibilité, et une possibilité de suivre la progression de la tumeur et l’effet du traitement [9]. Ces modèles se raffinent progressivement pour en repousser les limitations [10]. Ils se sont cependant déjà révélés fructueux dans l’étude des cancers du côlon, du sein, de la peau, des cancers oculaires, etc. Ainsi, les traitements par le taxol ont été mis au point, entre autres, grâce à des modèles chimères souris-homme. Actuellement, l’efficacité de certains traitements anti-cancéreux est en premier lieu testée sur des modèles souris, ce qui a conduit l’université de Harvard (Beth Israel Deaconess Medical Center et Harvard Medical School) à développer un centre dédié, le « Mouse hospital - preclinical murine pharmacogenetics core »3.

Mais, comme pour tout organisme-modèle, il existe des domaines pour lesquels la souris n’est pas un modèle valide : par exemple, les mécanismes de réponse à l’ischémie et à l’hypoxie sont différents de ceux de l’homme [11] ou encore ceux impliqués dans la réponse à un choc septique [12], ce qui nécessite de développer ces champs d’investigation à l’aide d’autres modèles qu’ils soient in vivo ou in vitro.

Le modèle rat

Le rat (Rattus norvegicus) est l’autre espèce de rongeur utilisée en recherche biomédicale, même si son importance numérique est moindre que celle de la souris. C’est aussi une espèce de petite taille qui présente l’avantage, par rapport à la souris, d’être plus proche physiologiquement de l’homme, conférant ainsi aux résultats des recherches une meilleure performance translationnelle [13]. Ainsi, le rat représente le modèle de choix pour tester l’efficacité ou la toxicité de molécules avant de passer aux essais pré-cliniques chez l’homme.

Le rat est plus grand que la souris (environ 10 fois plus). Il est ainsi plus facile à manipuler, par exemple pour des gestes chirurgicaux. Sa taille autorise aussi des volumes de prélèvement plus importants et une imagerie plus facile qu’avec la souris. Il a une durée de vie plus longue que la souris (de l’ordre de deux ans) permettant des études sur les mécanismes du vieillissement ou les phénomènes neurodégénératifs [14]. Sa neuroanatomie est proche de celle de l’homme en termes de fonction des territoires cérébraux et de connectivité. Sa plus grande taille facilite la possibilité de mettre en œuvre des techniques d’optogénétique permettant de stimuler très précisément certains réseaux neuronaux. Cette espèce présente également une très grande variété de profils de comportements, ce qui la rend particulièrement intéressante pour les études sur les mécanismes de l’apprentissage et de la mémorisation ainsi que pour les mécanismes de la récompense et de l’addiction [15,16]. On peut prendre pour exemple le Prix Nobel de Physiologie ou Médecine 2014, attribué à O’Keefe, Moser et Moser, mettant en évidence les cellules de lieu dans l’hippocampe4, ou encore ce modèle de binge drinking (consommation d’alcool excessive en un temps court), le premier modèle pré-clinique réaliste, élaboré par Jeanblanc [17]. Le modèle rat a également permis des avancées dans l’étude des cancers. Ainsi, pour les cancers de la prostate qui sont classés au 2e rang dans les cancers de l’homme avec plus de 300 000 décès en 2012, le rat s’avère avoir une sensibilité aux hormones proche de la sensibilité humaine et il présente un développement histologique des tumeurs similaire. Sa taille permet en outre de suivre par imagerie la carcinogenèse [18]. Dans le cas des études portant sur l’endométriose, le premier modèle qui a été développé l’a été chez le rat [19]. Il a permis de nombreuses avancées dans la compréhension de la physiopathologie, notamment en démontrant le rôle des métalloprotéases matricielles (MMP) dans l’établissement des lésions ectopiques [20]. Ce modèle est actuellement utilisé pour explorer les effets d’une exposition à des perturbateurs endocriniens comme facteurs étiologiques de l’endométriose [21].

Plusieurs modèles de rats mutants spontanés sont utilisés, notamment dans le domaine de la recherche cardio-vasculaire avec la souche SHR (spontaneously hypertensive rat) atteinte d’hypertension artérielle, dans celui de la physiologie rénale avec la souche Brattleboro atteinte de diabète insipide d’origine centrale, ou enfin dans le domaine de l’obésité avec la souche Zucker.

Les modèles rats ont souffert pendant longtemps des difficultés à mettre en œuvre les outils de l’édition du génome dans cette espèce. Les premiers rats déficients en un gène (knock-out) ont été générés en 2010 par recombinaison de CSE [22]. Cependant, les cellules ES de rat sont plus fragiles que celles de la souris, ce qui limite leur usage. Les techniques d’édition (ou modification) du génome sont maintenant disponibles chez le rat (zinc finger nucleases [ZFN], transcription activator-like effector nucleases [TALEN], CRISPR/Cas9) [23], ce qui suggère que la transgénèse devrait se développer maintenant très rapidement.

Conclusion

Comme nous venons de le voir dans ces différents exemples, le recours aux modèles animaux reste indispensable à la production de connaissances dans différents champs disciplinaires de la biologie. Les rongeurs constituent des organismes-modèles présentant de multiples avantages, notamment liés à leur physiologie proche de celle de l’homme. Cependant, ils présentent aussi leurs limites, en termes de zootechnie, de diversité génétique ou d’infectiosité. Ces limites peuvent être contournées par l’usage d’un éventail plus large de modèles expérimentaux, autres organismes-modèles, méthodes alternatives, ou méthodes d’investigation non invasives chez l’homme lui-même, la complémentarité entre différentes approches constituant en outre une source de robustesse des résultats expérimentaux.

Liens d’intérêt

Les auteurs déclarent n’avoir aucun lien d’intérêt concernant les données publiées dans cet article.


1

Les anticorps monoclonaux faits chez des souris humanisées ne proviennent pas de SCID humanisées mais de souris dont une grande partie des gènes codant les Ig de souris ont été invalidés et dont le génome contient une grande partie des gènes orthologues humains. Les Ac Mc utilisés pour la prévention du rejet de greffe sont les anti-CD25 et l’anti-CD3 développés bien avant l’apparition de souris humanisées.

2

Une version classique du système Cre-lox consiste à croiser une souris exprimant Cre dans une population spécifique de cellules (lignée Cre) avec une souris dite « rapportrice », dans laquelle l’expression d’un transgène codant une protéine d’intérêt est sous le contrôle d’un promoteur à forte activité transcriptionnelle. En amont de la séquence codante se trouve un codon STOP flanqué de sites loxP (« floxé ») qui empêche la transcription du transgène. Dans les souris issues de ce croisement (la génération F1), le codon STOP est excisé uniquement dans les cellules exprimant Cre, ce qui permet la transcription du transgène.

3

Il y a deux grands centres en France : à l’IGBMC et au CIML : l’Institut Clinique de la Souris : http://www.ics-mci.fr/en/ et le Centre d’immunophénomique : https://ciphe.marseille.inserm.fr/

4

Les cellules de lieu sont des neurones de l’hippocampe dont le champ récepteur (dit champ de lieu) est défini par une zone spatiale donnée sur une carte cognitive, qui est une carte mentale de l’environnement.

Références

  1. Académie Vétérinaire de France. Rapport de la commission relation homme-animaux sur la recherche scientifique et l’expérimentation animale : état de la question. Approuvé en mai 2012. [Google Scholar]
  2. Russell WMS, Burch RL. The principles of humane experimental technique. Londres: Methuen, 1959: 238 p. [Google Scholar]
  3. Ministère de L’enseignement supérieur, de la recherche et de l’innovation. Utilisation des animaux à des fins scientifiques dans les établissements utilisateurs français. Enquête statistique, 2016. [Google Scholar]
  4. Church RJ, Gatti DM, Urban TJ, et al. Sensitivity to hepatotoxicity due to epigallocatechin gallate is affected by genetic background in diversity outbred mice. Food Chem Toxicol. 2015 ; 76 : 19–26. [CrossRef] [PubMed] [Google Scholar]
  5. Malissen M, Vallet-Erdtmann V, Guillou F, et al. Les modèles animaux en recherche biomédicale. Biofutur. 2010 ; 29 : 34–38. [Google Scholar]
  6. Ogunniyi AD, Kopecki Z, Hickey EE, et al. Bioluminescent murine models of bacterial sepsis and scald wound infections for antimicrobial efficacy testing. PLoS One. 2018 ; 13 : e0200195. [CrossRef] [PubMed] [Google Scholar]
  7. Moldovan M, Alvarez S, Rothe C, et al. An in vivo mouse model to investigate the effect of local anesthetic nanomedicines on axonal conduction and excitability. Front Neurosci. 2018 ; 12 : 494. [Google Scholar]
  8. Gillis CM, Reber LL. Un nouveau modèle de souris pour comprendre le rôle des neutrophiles. Med Sci (Paris). 2018 ; 34 : 339–343. [CrossRef] [EDP Sciences] [PubMed] [Google Scholar]
  9. Kohnken R, Porcu P, Mishra A. Overview of the use of murine models in leukemia and lymphoma research. Front Oncol. 2017 ; 7 : 22. [CrossRef] [PubMed] [Google Scholar]
  10. Talmadge JE, Singh RK, Fidler IJ, et al. Murine models to evaluate novel and conventional therapeutic strategies for cancer. Am J Pathol. 2007 ; 170 : 793–804. [CrossRef] [PubMed] [Google Scholar]
  11. Haouzi P.. Murine models in critical care research. Crit Care Med. 2011 ; 39 : 2290–2293. [CrossRef] [PubMed] [Google Scholar]
  12. Radermacher P, Haouzi P. A mouse is not a rat is not a man: species-specific metabolic responses to sepsis - a nail in the coffin of murine models for critical care research?. Intensive Care Med Exp. 2013 ; 1 : 26. [Google Scholar]
  13. Lee JG, Sung YH, Baek IJ. Generation of genetically-engineered animals using engineered endonucleases. Arch Pharm Res. 2018 ; 41 : 885–897. [CrossRef] [PubMed] [Google Scholar]
  14. Creed RB, Goldberg MS. New developments in genetic rat models of Parkinson’s disease. Mov Disord. 2018 ; 33 : 717–729. [CrossRef] [PubMed] [Google Scholar]
  15. Ahmed SH. Trying to make sense of rodents’ drug choice behavior. Prog Neuropsychopharmacol Biol Psychiatry. 2018 ; 87 : 3–10. [CrossRef] [PubMed] [Google Scholar]
  16. Slaney CL, Hales CA, Robinson ESJ. Rat models of reward deficits in psychiatric disorders. Curr Opin Behav Sci. 2018 ; 22 : 136–142. [PubMed] [Google Scholar]
  17. Jeanblanc J, Rolland B, Gierski F, et al. Animal models of binge drinking, current challenges to improve face validity. Neurosci Biobehav Rev 2018; May 5. pii: S0149–7634(18)30123–4. [Google Scholar]
  18. Nascimento-Gonçalves E, Faustino-Rocha AI, Seixas F, et al. Modelling human prostate cancer: Rat models. Life Sci. 2018 ; 203 : 210–224. [CrossRef] [PubMed] [Google Scholar]
  19. Vernon MW, Wilson EA. Studies on the surgical induction of endometriosis in the rat. Fertil Steril. 1985 ; 44 : 684–694. [CrossRef] [PubMed] [Google Scholar]
  20. Sharpe-Timms KL. Using rats as a research model for the study of endometriosis. Ann NY Acad Sci. 2002 ; 955 : 318–327. [CrossRef] [Google Scholar]
  21. Bruner-Tran KL, Mokshagundam S, Herington JL, et al. Rodent models of experimental endometriosis: identifying mechanisms of disease and therapeutic targets. Curr Womens Health Rev. 2018 ; 14 : 173–188. [CrossRef] [PubMed] [Google Scholar]
  22. Tong C, Li P, Wu NL, et al. Production of p53 gene knockout rats by homologous recombination in embryonic stem cells. Nature. 2010 ; 467 : 211–213. [CrossRef] [PubMed] [Google Scholar]
  23. Li D, Qiu Z, Shao Y, et al. Heritable gene targeting in the mouse and rat using a CRISPR-Cas system. Nat Biotechnol. 2013 ; 31 : 681–683. [CrossRef] [PubMed] [Google Scholar]
  24. La Gilgenkrantz H.. révolution des CRISPR est en marche. Med Sci (Paris). 2014 ; 30 : 1066–1069. [CrossRef] [EDP Sciences] [PubMed] [Google Scholar]

Liste des tableaux

Tableau I.

Prix Nobel de physiologie ou médecine ayant utilisé des modèles murins.

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