Influence de la maturation cellulaire sur les conséquences d'une hypoxie transitoire dans les neurones centraux en culture : évaluation de la contribution de l'excitotoxicité et des facteurs de transcription

par Rifki Chihab

Thèse de doctorat en Neurosciences

Sous la direction de Jean-Luc Daval.

Soutenue en 1998

à Nancy 1 .


  • Résumé

    En dépit des progrès en obstétrique et néonatologie, l'encéphalopathie hypoxique-ischémique périnatale demeure une situation pathologique majeure à l'origine d'événements métaboliques et hémodynamiques aux répercussions immédiates et à long terme. La suractivation des récepteurs glutamatergiques causée par la libération excessive du glutamate est un des mécanismes proposés dans la médiation des dommages hypoxiques-ischémiques. Cependant, le rôle de cet acide aminé excitateur dans les conséquences de l'hypoxie est aujourd'hui discuté. Un des objectifs de notre travail était d'évaluer la contribution de l'excitotoxicité liée au glutamate aux désordres cérébraux engendrés par à un épisode hypoxique. L'hypoxie serait plus délétère chez le nouveau-né à terme que chez le prématuré et il a été rapporté que les animaux jeunes résistent mieux à une privation en oxygène que les adultes. En ce sens, nous avons étudié l'influence de la maturation cellulaire sur le devenir des neurones suite à une exposition à l'hypoxie ou au glutamate. Dans un second volet, nous avons analysé la séquence d'expression de certains facteurs de transcription impliqués dans l'adaptation cellulaire et dont l'interaction avec l'ADN influence la transcription génétique et donc le devenir neuronal. Nous avons également appréhendé une des voies de signalisation, celle des JNK (c-Jun N-terminal kinases). Les études ont été réalisées in vitro sur un modèle utilisant des cultures de neurones centralLx issus de territoires connus pour être sensibles (hippocampe, cortex, striatum) d'embryons de rat de 14 jours. L'agression hypoxique a été provoquée pendant 6 h par incubation des neurones, utilisés à deux stades de maturation (6 jours et 13 jours), dans une atmosphère dépourvue d'oxygène (95% N2-5% CO2). Par ailleurs, les effets du glutamate ont été évalués par addition au milieu de culture de l'acide aminé ou d'agonistes de ses récepteurs (100 µM). Les neurones ont été étudiés immédiatement, puis 24 h et 72 h après traitement. La viabilité cellulaire a été mesurée par la méthode au MTT (3-(4,5-dimethythiazol-2-yl)-2,5-diphenyltetrazoliurn bromide), le métabolisme énergétique par la mesure du prélèvement de 2-D-désoxyglucose[3H] (2DG), et la synthèse protéique par l'incorporation de leucine[3H]. L'apoptose et la nécrose ont été analysées par incorporation nucléaire d'un fluorochrome, le 4,6-diamidino-2-phenylindole (DAPI). Les résultats montrent que la viabilité et les caractéristiques fonctionnelles des neurones de 6 jours n'ont pas été altérées par l'exposition au glutamate ou à ses analogues. Par contre, leur sensibilité à l'hypoxie s'est traduite par un hypermétabolisme transitoire, une augmentation biphasique de la synthèse protéique et par le développement d'un phénomène d'apoptose, lequel a été pratiquement aboli par un traitement avec un inhibiteur de la synthèse protéique, la cyclohéximide (CHX, 1 µM). A ce stade, les neurones deviennent toutefois vulnérables au glutamate lorsqu'ils ont été traités par un inhibiteur de la protéine kinase C (staurosporine, 30 nM). Dans les cultures de neurones de 13 jours, l'hypoxie a induit une faible augmentation de l'apoptose (8,2%), tandis que le taux de nécrose atteignait 22,3%, 72 h après exposition. Le glutamate a réduit durablement le métabolisme énergétique dès la fin de l'exposition (26%). Alors que sous l'effet du glutamate, le taux d'apoptose est resté identique à celui des témoins, le pourcentage de nécrose a augmenté sensiblement pour atteindre 40,7% à 72 h après exposition. L'inhibition soutenue de la synthèse protéique et l'absence d'effet protecteur de la CHX confirment les résultats obtenus avec le DAPI. En outre, le traitement des neurones de 13 jours par des antagonistes des récepteurs NMDA et non-NMDA (respectivement MK-801 et NBQX, 10 µM) les a protégé de la nécrose induite par le glutamate et l'hypoxie. Ainsi, les neurones "immatures", bien qu'ils possèdent un système glutamatergique fonctionnel, sont résistants à la toxicité du glutamate alors qu'ils sont sensibles à l' hypoxie. La perte de l'activité de la protéine kinase C semble être un processus nécessaire pour médier l'excitotoxicité. En revanche, dans les neurones "plus matures", les effets de l'hypoxie ne correspondent pas exactement à ceux engendrés par le glutamate, tandis que la composante nécrotique de l'hypoxie serait médiée par ce dernier. L'apoptose se développe via un programme dépendant de la synthèse de macromolécules et implique l'expression de gènes capables de réguler les événements associés à la mort cellulaire. Sur les cultures de neurones de 6 jours, nous avons analysé par immunohistochirnie et western blotting les effets de l'hypoxie/réoxygénation sur l'expression des protéines de la famille Myc (c-Myc, Max et Madl) ainsi que celles liées au complexe nucléoprotéique AP-I, à savoir c-Fos, c-Jun, Jun B et Jun D. Alors que l'expression de Max n'a pas été altérée au cours de l'hypoxie/réoxygénation, celle de c-Myc a été réprimée jusqu'à 96 h post-réoxygénation suggérant que cette protéine ne jouerait pas un rôle actif dans la mort neuronale induite par l'hypoxie. L'expression des produits protéiques qui composent le complexe AP-I a subi des variations séquentielles, à l'exception de c-Jun dont l'expression a été augmentée de façon soutenue tout au long de l'étude. L'activité de liaison du complexe AP-I a été détectée dans les neurones en culture. Par conséquent, les modifications dynamiques de la composition d'AP-I et l'induction persistante de c-Jun pourraient être impliquées dans la mort neuronale retardée d'origine hypoxique. Par ailleurs, l'expression constitutive de JNKI a diminué durant l'hypoxie pour ensuite augmenter transitoirement à 48 h après réo»:ygénation, ceci parallèlement à l'apparition de JNK3 et des premiers signes d'apoptose. L'activation retardée de JNKl et JNK3 couplée à l'expression soutenue de c-Jun suggèrent l'implication de la voie JNK dans la signalisation cellulaire entraînant l'apoptose induite par une hypoxie transitoire dans les neurones du cerveau en développement.


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  • Détails : 1 vol. (194 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 151-194

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