Etude de l'activité gélatinase dans plusieurs modèles expérimentaux de lésions cérébrales néonatales chez la souris

• Auteur / Autrice : Priscilla Linda Omouendze Mouaragadja
• Direction : Philippe Leroux
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie cellulaire
• Date : Soutenance en 2011
• Etablissement(s) : Rouen
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Normande de biologie intégrative, santé, environnement (Mont-Saint-Aignan, Seine-Maritime)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Plasticité neuronale

Prématurés -- Physiologie

Enfants atteints de lésions cérébrales

Neurophysiologie

Résumé

Les désordres neurologiques néonataux constituent un problème de santé publique majeur. Les dernières études épidémiologiques montrent que la prématurité est à l’origine de près de la moitié des handicaps d’origine cérébrale de l’enfant. Les formes les plus fréquentes des lésions cérébrales sont les leucomalacies périventriculaires (4 et 15 % des enfants vivants, nés avant 33 semaines), et les hémorragies intracrâniennes (40 % des prématurés nés entre 33 et 35 semaines). Les stratégies de neuroprotection restent difficiles à mettre en oeuvre car il est primordial de ne pas interférer avec les processus neuro-développementaux. Des travaux antérieurs ont montré que l’activateur tissulaire du plasminogène (t-PA) participe à la formation de lésions cérébrales chez le nouveau-né. Plusieurs voies de signalisation peuvent être impliquées, nous avons étudié la voie qui met en jeu l’activation des métalloprotéinases de la matrice extracellulaire (MMPs) via la plasmine. Nous nous sommes plus particulièrement intéressés aux gélatinases (MMP-2, MMP-9) qui sont impliquées dans les processus de dégradation de la barrière hémato-encéphalique en conditions ischémiques chez l’adulte. Dans la première partie de ce travail de thèse, nous avons mis au point un modèle animal des hémorragies intracrâniennes du prématuré : Un traumatisme tissulaire léger est réalisé par injection intracérébrale de solution saline chez des souris déficientes en inhibiteur endogène de t-PA (PAI-1-/-) et par conséquent ayant une altération de l’hémostase. Le traumatisme tissulaire dans les premiers jours de vie postnatale induit des hémorragies récurrentes les jours suivants et des lésions du cortex et de la substance blanche. Les animaux les plus jeunes au moment du traumatisme sont ceux qui développent les hémorragies et les lésions les plus étendues. Des inhibiteurs de plasmine permettent de réduire le volume hémorragique et la taille des lésions. En outre, les lésions induites en période périnatale persistent à l’âge adulte et sont associées à une dilatation ventriculaire. Le modèle développé intègre la notion de susceptibilité liée à l’âge dans les hémorragies du prématuré, et la ventriculomégalie observée se rapproche de leur complication la plus fréquente, l’hydrocéphalie. Ce modèle simple paraît pertinent pour l’étude des séquelles cognitives d’apprentissage et de mémorisation des hémorragies cérébrales du prématuré. La seconde partie du travail, a consisté à comparer la mise en jeu des gélatinases au niveau des microvaisseaux cérébraux dans le modèle hémorragique précédemment développé et dans deux modèles validés ; le modèle hypoxo-ischémique de Rice-Vannucci et le modèle par injection d’iboténate. Nous avons montré que les activités gélatinases (MMP-2 et MMP-9) diminuent avec l’âge et que le t-PA régule positivement l’activité MMP-9 au cours du développement cérébral. En conditions mimant les pathologies cérébrales du nouveau-né, les activités MMP-2 et MMP-9 sont fortement augmentées dans les neurones. Ces effets sont abolis chez des animaux déficients en t-PA. Une activité gélatinase est induite dans les vaisseaux cérébraux en conditions hypoxo-ischémique et hémorragique. Cette augmentation de l’activité gélatinase vasculaire est associée au développement des hémorragies. En effet, le traitement des inhibiteurs de MMPs permet de réduire leur fréquence et la taille des lésions dans le cortex et la substance blanche. Ce travail permet d’envisager l’utilisation des inhibiteurs de MMPs dans la prévention et/ou le traitement des lésions cérébrales néonatales.

Neonatal brain disorders are a major problem of public health. The latest epidemiological studies indicate that prematurity is the cause of nearly half of the handicaps of cerebral origin of the child. The most frequent forms of the brain damages are periventricular leukomalacia (4 to 15 % of living children, born between 28 and 33 weeks), and the intra-cranial hemorrhages (40 % of the premature babies born between 33 and 35 weeks). The implementation of neuroprotection strategies is difficult because it is essential to preserve neuro-developmental processes. Previous studies have shown that tissue plasminogen activator (t-PA) is involved in neonatal brain injuries. Several t-PA dependent signaling pathways may be recruited. We have studied the cascade that involves the activation of extracellular matrix metalloproteinases (MMPs) via plasmin. We focused on gelatinases (MMP-2, MMP-9) that participated in post-ischemic injuries in adult brain. In the first part of this work, we have developed an animal model of preterm intracranial hemorrhage. A tissue trauma was produced by intracortical injection of saline in mice deficient in endogenous inhibitor of t-PA (PAI-1-/-), therefore exhibiting an altered hemostasis. Tissue trauma realized in the first postnatal days leads to recurrent bleeding and subsequent lesions of the cortex and the white matter in following days. The youngest animals at the time of the trauma developed the most extended bleedings and brain lesions. In addition, lesions induced in the perinatal period persist in adulthood, associated with ventricular dilatation. This model integrates the concept of age-related susceptibility in preterm hemorrhage, and the ventriculomegaly somehow mimics hydrocephalus, the most common complication of neonatal brain hemorrhage. This model seems relevant for the study of the cognitive defects consecutive to neonatal brain hemorrhages. The second part of the work consisted in comparing the involvement of gelatinases in the hemorrhagic model and in two validated models of neonate brain lesions; a surgical carotid ligature followed by hypoxia ischemic model and an excitotoxic model of ibotenic acid injection. We have shown that gelatinases activities (MMP-2 and MMP-9) decrease with age and the t-PA activity regulates positively MMP-9 during brain development. In the three model conditions that mimic neonatal brain injuries, both MMP-2 and MMP-9 activities were greatly increased in neurons and in extracellular compartment. These effects were abolished in animals deficient in t-PA. Gelatinase activity was also induced in cerebral vessels in hypoxia-ischemia and hemorrhagic conditions. This increase of gelatinase activity in vascular compartment was associated with the development of hemorrhage. Indeed, treatment with MMP inhibitors reduced their incidence and lesion size in the cortex and white matter.