PET-MRI Activité F-DOPA dans le système mésocorticolimbique et symptômes dépressifs dans la prédiction de la compatibilité du traitement

Introduction:

Le trouble dépressif majeur (TDM) est un trouble psychiatrique polyvalent avec une prévalence de 8 à 12 % de la population dans de nombreux pays.

Selon l'approche actuelle, le MDD est caractérisé par une activité réduite des neurotransmetteurs monoamines, il n'est pas déterminé si cela est dû à des différences de sensibilité de leurs récepteurs ou à une déplétion dans la fente synaptique due à une faible expression ou à une hyperactivité mao-a/mao-b.

La plupart des médicaments antidépresseurs utilisés aujourd'hui sont basés sur la théorie de l'épuisement des monoamines de la dépression. Ces médicaments comprennent les inhibiteurs sélectifs de la recapture de la sérotonine (ISRS), les inhibiteurs de la recapture de la sérotonine et de la noradrénaline (IRSN) ou les antidépresseurs tricycliques (TCA), qui inhibent tous la recapture de certaines ou de toutes ces monoamines, induisant des niveaux élevés dans la fente synaptique. Certains médicaments affectent directement les récepteurs des monoamines.

La neurotransmission dopaminergique dysfonctionnelle joue un rôle essentiel dans les déficits d'attention, de motivation et d'anhédonie qui sont les principaux symptômes du trouble dépressif. La densité pré-synaptique de D2r (récepteur de la dopamine 2) dans le cortex préfrontal (PFC) s'est avérée significativement plus faible chez les patients déprimés par rapport aux individus en bonne santé.

À l'heure actuelle, la plupart des études utilisant des techniques d'imagerie chez les patients déprimés utilisent principalement différents types d'imagerie par résonance magnétique (IRM) ou une imagerie de médecine nucléaire séparée avec des traceurs de tomographie par émission de positrons (TEP). Le rôle de l'IRM traditionnelle dans l'évaluation de la dépression et d'autres troubles psychiatriques, dans différentes études, vise principalement à différencier les caractéristiques structurelles et donc à aider à renforcer le diagnostic dans cet aspect. Il existe plusieurs changements structurels mesurés dans le cerveau des patients atteints de TDM par rapport aux témoins. Parmi eux, une diminution du volume de l'hippocampe a également été démontrée par rapport aux patients en rémission, une augmentation du volume de la glande hypothalamo-hypophysaire, une diminution du volume du cortex préfrontal (PFC) et des ganglions basaux. Ces résultats sont également établis conformément à la plus grande étude de méta-analyse des changements structurels à l'aide d'IRM et de tomodensitogrammes réalisée à ce jour. Les TEP donnent des indications sur le métabolisme général ou spécifique de l'agent du cerveau. La plupart des TEP réalisées sur des patients déprimés utilisent des radioligands FDG ou 11-C Serotonine. Seules quelques études examinent l'absorption de F-DOPA PET chez des patients déprimés, principalement avec une dépression parkinsonienne et une avec un aplatissement affectif ou des symptômes impulsifs sur un très petit échantillon (n = 6). La plupart des études montrent une diminution de l'absorption de DOPA dans le striatum, en particulier dans le noyau accombens (NAc). Des informations supplémentaires sont requises indiquant l'absorption de F-DOPA dans les régions pertinentes du cerveau dans le TDM. À notre connaissance, il s'agira de la première étude utilisant [18F] F-DOPA PET/MRI chez des patients déprimés. La TEP/IRM offre une véritable imagerie multimodalité en combinant l'anatomie, la fonction et les processus moléculaires qui permettront une identification plus précise de l'évaluation de la maladie.

Un fait bien établi est que des facteurs génétiques ainsi que des facteurs environnementaux survenant tout au long de la vie sous-tendent probablement la vulnérabilité à la dépression. Cependant, dans une méga-analyse de plusieurs études d'association à l'échelle du génome (GWAS), qui ont analysé 1,2 million de polymorphismes mononucléotidiques (SNP) autosomiques et du chromosome X, aucun SNP n'a atteint une signification à l'échelle du génome. Cet écart entre l'héritabilité substantielle systématiquement observée de la dépression majeure (18) et le fait qu'aucune variante génétique spécifique n'a été identifiée comme contribuant de manière robuste à la maladie suggère que d'autres mécanismes sont à l'œuvre. L'épigénétique fait référence aux modifications de la structure de la chromatine qui sous-tendent les modifications de l'expression des gènes et qui ne sont pas associées à des altérations de la séquence d'ADN. La méthylation de l'ADN est l'un des systèmes sous-jacents à l'épigénétique. La méthylation de l'ADN nécessite l'ajout d'un groupe méthyle en position 5' des cytosines dans les dinucléotides CpG. Suite à la méthylation de la cytosine, l'accès des facteurs de transcription aux éléments régulateurs est réduit en raison de l'interférence stérique. Les modèles de méthylation de l'ADN sont héréditaires d'une part et réagissent dynamiquement à l'environnement d'autre part. Ce trait de l'épigénétique en fait un mécanisme de régulation, déterminant l'expression des gènes, qui est conforme à la nature des troubles psychiatriques. Divers modèles de méthylation de l'ADN sont observés dans différents tissus soumis à différents environnements. Il est même différent entre des régions cérébrales distinctes. Une étude d'association à l'échelle de l'épigénome (EWAS) est en cours. Dans l'un d'entre eux, dans le tissu PFC de sujets déprimés post mortem, les chercheurs ont trouvé un enrichissement dans la croissance neuronale et les sites de gènes de développement tels que le facteur neurotrophique piloté par le cerveau (BDNF). La diminution des niveaux de BDNF est un marqueur bien établi de la dépression. Des niveaux inférieurs de protéine BDNF ont également été signalés dans l'hippocampe d'animaux exposés à un stress chronique. Fait intéressant, l'administration d'antidépresseurs a augmenté le BDNF hippocampique, empêchant la diminution induite par le stress. Ces résultats sont intrigants compte tenu de la perte de volume de l'hippocampe observée dans les troubles de l'humeur et de la diminution des taux sériques de BDNF chez les personnes souffrant de troubles de l'humeur ou de traits de personnalité dépressifs. Sur la base de ces données précliniques et cliniques convergentes, le gène BDNF représente une cible logique pour les investigations génétiques des troubles de l'humeur.

Une autre étude d'association à l'échelle d'Epigenome analysant l'ADN du sang total a révélé que les taux plasmatiques d'IL-6 et de protéine C-réactive (CRP) étaient augmentés chez les personnes souffrant de dépression au cours de leur vie, et parmi celles souffrant de dépression uniquement, la méthylation de l'IL-6 a montré une corrélation inverse avec le plasma. IL-6 et CRP.

Il n'existe à ce jour aucune pratique d'imagerie commune en clinique psychiatrique permettant de différencier quel traitement médicamenteux est optimal pour quel patient. À notre connaissance, il s'agira de la première étude à évaluer la compatibilité du traitement en utilisant la combinaison d'imagerie TEP/IRM [18F] F-DOPA et d'évaluation des symptômes avant le traitement.

Objectifs et but de l'étude :

Le but de l'étude est d'évaluer la faisabilité de la modalité d'imagerie et d'évaluation des symptômes dans la prédiction de la compatibilité du traitement. Métabolisme de la dopamine mesuré dans le système mésocorticolimbique (VTA-NAc-PFC) par TEP 18F-FDOPA avec résultats IRM structurels et fonctionnels chez les patients diagnostiqués avec une dépression avant le traitement.

Objectifs principaux:

1. Comparaison des niveaux naïfs de recapture de F-DOPA chez des individus en bonne santé à des patients déprimés non traités dans le système mésocorticolimbique (VTA-NAc-PFC) et évaluation des différences structurelles entre les deux groupes dans l'hippocampe, la glande hypothalamo-hypophysaire et le système mésocorticolimbique (VTA- NAc-PFC) et IRMf à l'état de repos.

Objectifs secondaires :

1. Comparaison des différences de méthylation de l'ADN dans le plasma des patients par rapport aux témoins sains.
2. Évaluer la corrélation entre le score de gravité des symptômes (évalué sur la base de l'échelle d'évaluation de Hamilton) au départ et après 6 mois avec le répertoire d'absorption de PET 18F-DOPA dans le système mésocorticolimbique, les mesures structurelles et la méthylation de l'ADN.

Matériels et méthodes:

Conception de l'étude : Une étude pilote prospective.

Évaluation clinique:

Une mesure quantitative de la charge des symptômes sera déterminée lors d'une évaluation clinique basée sur "l'échelle d'évaluation de Hamilton pour la dépression" et sur la base des critères du DSM-V au départ (pré-traitement), 3 mois et 6 mois après le début du traitement. Selon le DSM-5, le diagnostic de dépression nécessite cinq (ou plus) des symptômes suivants qui sont présents au cours de la même période de 2 semaines et représentent un changement par rapport au fonctionnement précédent : (1) humeur dépressive (2) perte d'intérêt ou de plaisir . (3) Perte de poids importante ou poids. (4) Insomnie ou hypersomnie . (5) Agitation ou ralentissement psychomoteur.(6) Fatigue ou perte d'énergie presque. (7) Sentiments d'inutilité ou culpabilité excessive ou inappropriée.(8) Diminution de la capacité de penser ou de se concentrer. (9) Pensées récurrentes de mort.

L'évaluation des symptômes de l'échelle d'évaluation de Hamilton sera effectuée par un psychiatre. Enfin, nous tenterons de lier des groupes spécifiques de symptômes à la compatibilité du traitement conformément à l'imagerie et aux découvertes moléculaires. La compatibilité du traitement avec ces médicaments sera comparée au pourcentage de succès du traitement dans la clinique selon une « norme de soins ». L'évaluation de l'évolution du patient sera déterminée par l'évolution des symptômes et/ou une deuxième analyse lors de visites de suivi après 3,6 mois.

.Protocole d'imagerie diagnostique PET/MR : Nous utiliserions l'évaluation de la constante de vitesse d'absorption du précurseur de la dopamine 3,4-dihydroxy-6-[18F]-fluoro-l-phénylalanine ([18F] FDOPA) (K(i)) qui reflète le transport de la L-dopa. Activité décarboxylase des acides aminés L-aromatiques, absorption vésiculaire et nombre de terminaisons nerveuses dopaminergiques. nous aimerions mesurer et comparer l'absorption de [18F] F-DOPA dans le réseau mésocorticolimbique chez des patients dépressifs non médicamentés et des individus en bonne santé. Nous examinerons ensuite le répertoire d'absorption de [18F] F-DOPA et caractériserons un modèle spatio-temporel typique le long de différents cerveaux dépressifs en fonction des nombreux types de manifestations des symptômes et des données moléculaires et démographiques. De plus, nous mettrons en œuvre de nouvelles séquences IRM telles que l'imagerie du tenseur diffus (DTI) et l'imagerie pondérée en fonction de la sensibilité (SWI) pour évaluer le tractus dopaminergique mésocoticolimbique et utiliser les séquences T1, T2 pour mesurer les volumes de l'hippocampe et de la glande hypothalamo-hypophysaire chez ces patients. par rapport aux individus sains. De plus, nous utiliserons la séquence T2 * pour évaluer l'imagerie de contraste Blood-Oxygen-Level Dependent (BOLD) à l'état de repos. De plus, les résultats de l'analyse seront corrélés à l'évaluation clinique des symptômes des patients non médicamentés.

Toutes les analyses seront effectuées dans le département de médecine nucléaire du centre médical Assuta de Tel-Aviv à l'aide d'un scanner PET/MR (Biograph mMR, Siemens AG, Erlangen, Allemagne) conformément aux directives du fabricant.

Les patients sont tenus de jeûner au moins 4 heures avant leur arrivée au service. À l'arrivée, un cathéter intraveineux sera placé pour l'administration de radiopharmaceutique et de gadolinium. Les patients recevront une injection intraveineuse de 10 mCi de 18F-FDOPA sur la table PET MR et la numérisation commencera immédiatement. Les paramètres TEP dynamiques seront acquis avec les différentes séquences MR. L'IRM du cerveau comprendra les séquences suivantes : séquence de récupération d'inversion atténuée par les fluides T1, T2 et T2 (FLAIR), séquences pondérées en fonction de la sensibilité (SWI), imagerie du tenseur diffus (DTI), signaux dépendants du niveau d'oxygénation du sang (BOLD) pour imagerie fonctionnelle à l'état de repos. De plus, la perfusion du cerveau sera évaluée avec et sans gadolinium. Une carte stéréotaxique anatomique du cerveau sera superposée en congruence avec les scans à l'aide du logiciel ExploreDTI.

Pour les séquences à contraste amélioré, nous utilisons Dotarem (acide gadotérique) (0,2 ml/kg, 0,1 mmol/kg à 2 ml/s, 20 ml de solution saline). La durée totale du balayage sera d'environ 45 minutes.

Collecte de données et procédures :

Pour les volontaires sains éligibles, les données suivantes seront enregistrées au départ :

1. Paramètres de base : date de naissance, sexe, statut socio-économique, origine ethnique, tabagisme, consommation d'alcool.
2. Antécédents médicaux détaillés.
3. Liste des médicaments
4. Évaluation des symptômes à l'aide de l'échelle d'évaluation de Hamilton pour la dépression
5. Échantillon de sang

Pour les patients déprimés éligibles, les données suivantes seront enregistrées au départ, après 3 mois et après 6 mois.

1. Paramètres de base : date de naissance, sexe,
2. Antécédents médicaux détaillés.
3. Liste des médicaments
4. Évaluation des symptômes à l'aide de l'échelle d'évaluation de Hamilton pour la dépression
5. Échantillon de sang
6. Diagnostic clinique et apparition des symptômes.

Collecte d'échantillons biologiques :

Des échantillons de sang seront prélevés sur des patients et des témoins sains avant les analyses pour l'évaluation de la méthylation de l'ADN du génome entier dans le plasma du sang périphérique. Des échantillons de sang seront prélevés sur des témoins sains et des patients déprimés sur la ligne de base. Chez les sujets déprimés, le sang sera également prélevé après 6 mois de la date de début du traitement pour l'évaluation de l'expression génique de l'ARNm ou de la protéine de marqueurs spécifiques sur la base des résultats épigénétiques de la ligne de base.

Analyse de la méthylation de l'ADN promoteur à l'échelle du génome :

La procédure utilisée pour l'analyse MeDIP a été adaptée à partir de protocoles publiés précédemment.(13,14) Brièvement, 2 μg d'ADN sont soniqués et l'ADN méthylé est immunoprécipité à l'aide d'anti-5-méthyl-cytosine (Eurogentec, Fremont, CA, USA). Le complexe ADN-anticorps a été immunoprécipité avec la protéine G, et l'ADN méthylé est ensuite remis en suspension dans un tampon de digestion (50 mM TRisHCl pH8 ; 10 mM EDTA ; 0,5 % SDS) et traité avec la protéinase K pendant une nuit à 55 °C. L'entrée et la fraction liée sont purifiées, amplifiées à l'aide du kit d'amplification du génome entier (Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, États-Unis) et marquées pour l'hybridation sur microréseau avec Cy3-dUTP et Cy5-dUTP, respectivement, à l'aide du CGH Enzymatic Labeling Kit (Agilent Technologies, Mississauga, ON, Canada) conformément aux instructions du fabricant. Des réseaux de mosaïques conçus sur mesure ont été utilisés (Agilent Technologies). Toutes les étapes des procédures d'hybridation, de lavage, de numérisation et d'extraction de caractéristiques sont effectuées conformément au protocole Agilent Technologies pour l'analyse chipon-chip. Les intensités de puces à ADN extraites sont traitées et analysées à l'aide de l'environnement logiciel R pour le calcul statistique (http://www.r-project.org/).

Validation spécifique au gène :

la validation des données MeDIP sera effectuée en appliquant une PCR quantitative en temps réel (QPCR) en utilisant la méthode 2-ΔΔCt. Les données seront exprimées sous forme de moyennes de groupe ± sem. Le logiciel Graphpad 5 sera utilisé pour effectuer des tests U de Mann-Whitney unilatéraux.

Extraction d'ARN à partir de sang humain :

le sang pour l'extraction de l'ARN sera prélevé avant l'injection du radioligand et prélevé dans des tubes PAXgene Blood RNA (PreAnalytiX, Hombrechtikon, Suisse). L'ARN est extrait à l'aide du kit PAXgene Blood RNA (Qiagen). La qualité et la quantité des échantillons d'ARN seront analysées à l'aide d'un bioanalyseur Agilent 2100 (Agilent Technologies, Böblingen, Allemagne).

Analyse de l'expression des gènes dans le sang humain :

La transcription inverse sera effectuée à l'aide du kit de transcription inverse d'ADNc haute capacité (Life Technologies, Darmstadt, Allemagne). Les niveaux d'expression des gènes seront analysés à l'aide de QPCR et de la méthode 2-ΔΔCt. Les données seront exprimées sous forme de moyennes de groupe ± sem. La signification statistique sera testée à l'aide de tests U de Mann-Whitney unilatéraux.

Pyroséquençage :

La région promotrice de gènes spécifiques sera analysée par pyroséquençage. En bref, des fragments d'ADN traités au bisulfite (EpiTect Bisulfite Kit, Qiagen) seront amplifiés par PCR (HotStar Taq DNA Polymerase, Qiagen) en utilisant une amorce directe non modifiée et une amorce inverse marquée à la biotine (Eurofins, Ebersberg, Allemagne) . Le pyroséquençage sera effectué à l'aide d'un système PyroMark Q24 Advanced (Qiagen ; informations sur les amorces, voir le tableau supplémentaire S2) conformément au protocole du fabricant. Des échantillons d'ADN de contrôle EpiTect méthylés et non méthylés (Qiagen) seront utilisés comme témoins pour la conversion au bisulfite, l'amplification et le pyroséquençage. Le pourcentage de méthylation sur chaque site CpG sera quantifié à l'aide du logiciel PyroMark Q24 Advanced version 3.0.0 (Qiagen) Le séquençage sera effectué en triple exemplaire. Le filtrage de contrôle qualité et les analyses statistiques des résultats du pyroséquençage seront effectués à l'aide de R Version 2.15.3 (http://www.r-project.org). Les mesures marquées comme non fiables par le logiciel Pyromark seront supprimées de l'ensemble de données. Les mesures en triple seront moyennées après la suppression des valeurs aberrantes (valeurs déviant de plus de 3 %). Un test U de Mann-Whitney sera utilisé pour comparer le pourcentage moyen de méthylation des sites CpG pour les groupes ELS par rapport aux groupes témoins. Les données seront présentées sous forme de moyenne ± s. e.m.

Analyse génétique :

Les génotypes seront étudiés à l'aide des données GWAS d'une étude précédente sur le MDD. dbSNP des gènes choisis (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/projects/SNP) sera recherché pour les SNP (polymorphismes mononucléotidiques) à travers les gènes. Le test basé sur l'ensemble, tel qu'implémenté dans PLINK (v1.0.7)39 sera effectué (avec les options par défaut et 105 permutations), pour tester l'association entre le MDD et l'ensemble des variantes génétiques dans l'ensemble de données

Résultats IRM :

• T1, T2 Mesures 3D (évaluation du volume) de l'hippocampe, de la glande hypothalamo-hypophysaire et du mésocorticolimbique.
• Mesures DTI dans le tractus dopaminergique mésocorticolimbique.
• Comparaison des réseaux cérébraux d'IRMf à l'état de repos (BOLD) chez les patients souffrant de dépression avec des cartes normales

Résultats TEP :

1. Une évaluation visuelle et des mesures quantitatives de F-DOPA statique (par exemple, SUVmax et SUVmean) seront effectuées dans le VTA, NAc, PFC bilatéralement.
2. Les mesures des paramètres dynamiques de la F-DOPA tels que Ki, lorsqu'ils sont disponibles (par exemple, temps de pic, valeur de pic, etc.) seront mesurées.

Statistiques:

Les caractéristiques des patients seront résumées à l'aide de statistiques descriptives. Les variables quantitatives seront présentées sous forme de moyenne et de SD, les variables qualitatives seront présentées sous forme de fréquences.

Le coefficient de corrélation de Pearson sera utilisé pour mesurer la force de la relation entre la TEP dans les différentes zones du cerveau et les symptômes du cluster.

Un test t sera utilisé pour comparer les valeurs moyennes des différents paramètres. Taille de l'échantillon : Il s'agit d'une étude pilote pour laquelle une taille d'échantillon de 60 sujets (30 personnes en bonne santé et 30 patients) est requise.

Échantillonnage des participants : tous les patients remplissant les critères d'inclusion et fournissant un consentement éclairé seront inscrits consécutivement.

Confidentialité:

Toutes les données seront codées et le sujet sera identifié uniquement par les initiales du sujet et par le numéro d'étude du sujet.

Le codage sera effectué par les enquêteurs et sera sauvegardé sur leurs ordinateurs sécurisés et dans le dossier de l'enquêteur enfermé dans un placard du bureau de l'enquêteur principal.

Tous les rapports et communications relatifs aux sujets de l'étude utiliseront le code fourni, sans aucune information personnelle.