Etude des fonctions physiologiques de la sérotonine

La sérotonine (5-hydroxytryptamine ou 5-HT) est surtout connue pour son rôle de neurotransmetteur dans le système nerveux central. Pourtant, chez les mammifères, à peine 5 % de la sérotonine de l’organisme est synthétisée dans le cerveau, tandis que plus de 95 % provient des cellules entérochromaffines de l’intestin.
Depuis la découverte d’un second gène impliqué dans la synthèse de la 5-HT (Côté et al., PNAS 2003 ; Walther et al., Science 2003), de nombreuses études ont révélé que la sérotonine exerce des fonctions qui vont bien au-delà de celles d’un neurotransmetteur.

Pour explorer ces fonctions in vivo, nous avons développé un modèle murin invalidé pour le gène de la tryptophane hydroxylase (Tph1), responsable de la synthèse de sérotonine en dehors du système nerveux central. Ce modèle nous a permis d’identifier de nouvelles fonctions de la sérotonine dans plusieurs tissus périphériques.
Nos recherches actuelles se concentrent sur 3 axes, concernant le rôle de la sérotonine périphérique :

  • Dans l’hématopoïèse,
  • Dans le développement embryonnaire et placentaire,
  • Dans la pigmentation cutanée, dans le cadre de l’albinisme cutanéo-muqueux.

Axe 1. Sérotonine et hématopoïèse

Une augmentation du métabolisme du tryptophane vers la voie de la kynurénine a déjà été associé aux syndromes myélodysplasiques (SMD), un groupe de maladies hématologiques clonales pré-leucémiques caractérisés par une dysplasie médullaire et des cytopénies.

Nous avons récemment découvert que nos souris déficientes en sérotonine périphérique (Tph1 KO) développaient une anémie avec un phénotype de type SMD, révélant ainsi le rôle fondamental de la sérotonine périphérique dans l'érythropoïèse normale et l’anémie liée aux SMD (Sibon et al., Cell Reports 2019). Dans les progéniteurs érythroïdes humains et murins, nous avons identifié un réseau sérotoninergique fonctionnel et autonome qui favorise la survie et la prolifération cellulaires. De plus, les patients atteints de SMD présentent des taux de sérotonine plus faibles que les témoins sains. La restauration pharmacologique de la sérotonine permet de corriger l'anémie chez les souris, qu'elle soit liée ou non à un SMD. L'augmentation des taux de sérotonine à l'aide d'inhibiteurs sélectifs de la recapture de la sérotonine (ISRS), des antidépresseurs couramment utilisés, pourrait constituer une stratégie thérapeutique prometteuse pour le traitement des anémies liées aux SMD à faible risque.

Nous avons également démontré le rôle de la sérotonine périphérique dans la récupération hématopoïétique après une aplasie (Fouquet et al, Stem Cells Transl Med 2022).  Nous avons identifié un effet jusqu'alors inconnu des ISRS dans la récupération des cytopénies, tant après une autogreffe de cellules souches hématopoïétiques chez des patients qu'après une irradiation sub-létale chez des souris. Nous avons également observé une coopération inattendue entre les ISRS et le G-CSF dans l'amélioration des trois lignées hématopoïétiques. Il est à noter que les ISRS ne semblent pas impacter la production de cellules sanguines en l'absence d'hématopoïèse de stress. Nous proposons que le système sérotoninergique puisse représenter une cible thérapeutique précieuse dans les cytopénies aiguës, en particulier comme stratégie de secours après une radiothérapie ou une chimiothérapie.

Axe 2. Sérotonine et développement embryonnaire et placentaire

La sérotonine est un puissant mitogène qui favorise le développement neurologique (Vitalis et al., Dev Neurosc 2003) et l'angiogenèse (Nemecek et al., PNAS 1986). Au cours du développement embryonnaire chez la souris, lorsque l'action mitogène de la sérotonine est particulièrement importante, des études ont rapporté la présence de composants du système sérotoninergique, suggérant que l'embryon a besoin de sérotonine avant de devenir capable de la synthétiser (Zamani et al., FEBS Lett 2012).

Au sein de notre équipe, nous avons démontré le rôle de la sérotonine maternelle au cours du développement embryonnaire (Côté et al., PNAS 2007). Ces observations ont fourni la première preuve claire que (i) la sérotonine maternelle contribue au contrôle de la morphogenèse au cours des premiers stades du développement qui précèdent l'apparition des neurones sérotoninergiques, et (ii) que la sérotonine est essentielle au développement normal des souris. Ces travaux ont démontré que le phénotype des embryons Tph1 KO dépend davantage du génotype maternel que de celui des embryons eux-mêmes.

Nous avons pu confirmer que les embryons de souris Tph1 KO présentent un retard de développement, une masse corporelle réduite et une incidence augmentée de mort fœtale in utero. Nous avons émis l'hypothèse que ces observations pourraient résulter d'un développement placentaire défectueux et avons donc cherché à explorer le rôle de la sérotonine périphérique dans la formation et le fonctionnement du placenta.

Nos objectifs de recherche actuels sont les suivants :

  1. Explorer si la sérotonine périphérique joue bien un rôle dans le développement placentaire ;
  2. Étudier les mécanismes par lesquels la sérotonine périphérique peut influencer la croissance et le fonctionnement du placenta.

Deux études translationnelles sont actuellement en cours chez l'homme :

  • Étude SEROGRO (Sérotonine, COVID-19 et grossesse) : évaluation de l'impact des taux sériques maternels de sérotonine sur l'issue de la grossesse et le développement fœtal.
  • Étude ASPECT (Analyse des niveaux de sérotonine périphérique dans une cohorte témoin, ClinicalTrials.gov ID NCT06910774) : détermination des niveaux de sérotonine sérique chez des individus témoins (hommes et femmes non enceintes) en fonction de l'âge et du sexe.

Axe 3. Sérotonine et albinisme cutanéo-muqueux

Chez l'homme comme chez la souris, la sérotonine semble jouer un rôle à différents stades de la pigmentation cutanée. Les gènes de la Tph1 et de plusieurs récepteurs de la sérotonine sont exprimés dans des lignées cellulaires mélanocytaires et kératinocytaires. Il a été démontré que la sérotonine favorise la mélanogénèse dans les lignées cellulaires mélanocytaires et qu'elle est impliquée dans plusieurs pathologies cutanés, notamment certaines dyschromies congénitales, le syndrome de Rett et le vitiligo. Dans les syndromes de Hermansky-Pudlak, la réduction des taux de sérotonine dans les plaquettes sert de marqueur diagnostique.

Cependant, le rôle précis de la sérotonine périphérique dans la pigmentation reste mal compris, et les taux sériques de sérotonine n'ont jamais été étudiés dans l'albinisme.

Nous avons mesuré les taux de sérotonine chez 41 patients atteints d'albinisme oculo-cutané (OCA) génétiquement confirmé du centre MAGEC de l'hôpital Necker (Paris) et chez 41 témoins sains appariés en fonction de l'âge et du sexe (Peripheral Serotonin and Albinism (SEPIAs), ClinicalTrials.gov ID : NCT06138509).

Notre étude révèle une augmentation globale du tryptophane et de ses métabolites chez les patients atteints d'albinisme, avec une orientation préférentielle vers la voie de la sérotonine. Cela fournit la première preuve d'un perturbation du métabolisme de la sérotonine dans les formes courantes d'albinisme (Gendrot et al, Br J Dermatol 2025).

La sérotonine sérique pourrait donc représenter un biomarqueur diagnostique potentiel, en particulier dans les cas les moins marqués d’albinisme ou les cas génétiquement inexpliqués, qui représentent actuellement environ 15 % des patients suspectés d'albinisme sans confirmation génétique complète.

Les mécanismes précis à l'origine de ce déséquilibre restent à élucider.

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