Étude lipidomique et développements en imagerie MALDI des lipides : application à la régénération du système nerveux central d'Hirudo medicinalis

par Karim Arafah

Thèse de doctorat en Biologie-Santé

Sous la direction de Isabelle Fournier et de Dominique Croix.

Soutenue le 18-12-2009

à Lille 1 .


  • Résumé

    Les lipides constituent un ensemble de métabolites se déclinant en plusieurs classes. Outre leur rôle structural, ils peuvent aussi agir dans différents mécanismes biologiques en tant que messagers cellulaires. Des recherches en lipidomique sur les facultés de régénération du système nerveux central (SNC) d’Hirudo medicinalis après une lésion ont été entreprises. Des images par spectrométrie de masse de type Tof-SIMS (Time-of-fligh Secondary Ion Mass spectrometry) réalisées sur le système nerveux lésé d’Hirudo ont démontré au cours du temps une apparition localisée d’acides gras et de triglycérides au niveau des neurones lésés. Une approche par spectrométrie de masse MALDI Tof-Tof (Matrix-Assisted Laser Desorption Ionisation Time-of-fligh) sur des extraits lipidiques de chaînes nerveuses en régénération ont démontré la présence d’une forte modulation de messagers secondaires lipidiques: le 2 arachidonyl glycerol (2AG) et l'anandamide (AEA) régulant l’activité sécrétoire du monoxyde d’azote (NO) par les cellules microgliales du SNC. A l’inverse des vertébrés, Hirudo est capable de réguler très finement sa libération de NO à l’endroit lésé du SNC ce qui favorise les mécanismes de réparation cellulaire après lésion. En parallèle, une nouvelle approche de développement de l'imagerie par spectrométrie de masse MALDI Tof-Tof des lipides a permis pour la première fois, de valider l'utilisation de colorants histologiques lipophiles en vue de localiser et de caractériser des lipides in situ sur coupes de cerveaux de rat. Cette nouvelle approche par les colorants qualifiée de DALDI Tof-Tof (Dye-Assisted Laser Desorption Ionisation Time-of-fligh) a trouvé des applications directes dans le cancer de l'ovaire où une expression différentielle de lipides a été démontrée entre les régions saine et cancéreuse. Ce travail a donc permis d'une part de mettre en évidence une forte, implication des lipides de type cannabinoïdes sur le recrutement des cellules microgliales ainsi qu'une régulation de la production du NO au site de la lésion, et d'autre part, l'apparition de lipides spécifiques au sein des neurones au cours des phases de régénération nerveuse du SNC d'Hirudo. De plus, l'utilisation de colorants histologiques comme matrice en vue de détecter des lipides directement sur coupes de tissus permet d'associer l'application de l'imagerie MALDI des lipides à la recherche de marqueurs potentiels de nature lipidique dans le cancer de l'ovaire. Des perspectives d'interaction avec la biologie clinique et médicale pourraient être envisagées afin de compléter les diagnostics des anatomo-pathologistes par une localisation et une caractérisation des lipides impliqués dans une pathologie donnée

  • Titre traduit

    Lipidomic studies and developments in imaging mass spectrometry of lipids : application to the regeneration of Hirudo medicinalis central nervous system


  • Résumé

    Lipids are metabolites which can be declined in many classes. Most of them are known to figure as structural molecules in the cell membrane but a significant key role is also played as cellular messenger when interacting with specific membrane receptors. The leech Hirudo medicinalis which is a model for the neurosciences is able to regenerate its central nervous system (CNS) after a lesion in opposition with the CNS of vertebrate. In this way, we showed by Tof-SIMS imaging changes in the lipidome of harmed leech brain directly on tissue. In particular lipids such as fatty acids and triglycerides have been characterized during injuries of the leech CNS. These lipids were expressed in specific areas of damaged neurons. We also characterized endocannabinoids in crude lipid extracts of harmed leech brain by MALDI-Tof Tof mass spectrometry. The identified endocannabinoids anandamide (AEA) and 2-arachidonyl glycerol (2AG) are lipids which act as cellular messenger. During the injury of the leech brain, an increase in the 2AG concentration in the brain were demonstrated while AEA was decreasing. As a consequence, a modulation in the chemotactic effect on microglial cells was observed in the harmed connective. 2AG and AEA have also been demonstrated to regulate the NO release in activated microglia under neurotoxic rate. A new approach in developpemental research in lipidomic using MALDI imaging mass spectrometry allowed us to validate for the first time the use of specific histochemical dies for lipids as a way to detect and characterize lipids directly on rat brain tissue. This new approach of studiying lipids using dies named DALDI Tof-Tof (Dye-Assisted Laser Desorption Ionisation Time-of-fligh)has been successfully applied to the ovarian cancer where different patterns in the lipid content were detected on tissue slices between benign and malignant areas. This work highlighted in one hand the roles played by cannabinoids on the microglia chemotaxis and the regulation of NO secretion at the lesion site and in the second hand, the expression of specific lipids on neurons close to the lesion site during the regeneration process of the damaged leech CNS. Moreover, by using histological dies specific the the lipid staining as matrices, we showed that MALDI imaging of lipids allowed to detect lipids which could be potentially biomarkers for ovarian cancer. A cross-talk with scientist and medical fields can emerged since using both the same way to detect lipids on tissue for diagnosis purposes.

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