Progesterone in Stroke Cerebroprotection : Metabolites, Target Cells, and Role of Neural Progesterone Receptors (PR)

par Xiaoyan Zhu

Thèse de doctorat en Sciences de la vie et de la santé

Sous la direction de Rachida Guennoun.

Le président du jury était Hervé Daniel.

Le jury était composé de Rachida Guennoun, Hervé Daniel, Isabelle Margaill, Luis Miguel Garcia-Segura, Jacques Balthazart.

Les rapporteurs étaient Isabelle Margaill, Luis Miguel Garcia-Segura.

  • Titre traduit

    La progestérone dans la protection cérébrale après ischémie : Métabolites, cellules cibles et rôle des récepteurs PR


  • Résumé

    L’accident vasculaire cérébral (AVC) déclenche une cascade de changements qui conduisent à la mort cellulaire mais aussi des processus endogènes de protection en réponse à l'ischémie. La compréhension de ces processus est très importante pour le développement d’agents neuro-protecteurs potentiels qui peuvent être seulement des amplificateurs des processus endogènes. Le traitement par la progestérone est neuro-protecteur dans des modèles expérimentaux d’occlusion de l'artère cérébrale moyenne (MCAO). Cependant, des niveaux endogènes significatifs de progestérone sont mesurables dans le cerveau de souris mâles et femelles.Le but de notre travail était d'étudier: 1) les effets de l’ischémie sur les niveaux endogènes des stéroïdes et le rôle des récepteurs de la progestérone (PR) à la phase aiguë après ischémie chez les souris jeunes adultes et âgées des deux sexes; 2) la base cellulaire de la neuroprotection par la progestérone après ischémie et le rôle de PR neural. Nous avons utilisé un modèle d’ischémie expérimentale (MCAO); une lignée transgénique de souris (PRNesCre) dans laquelle l’expression de PR a été sélectivement invalidée dans les cellules neurales; la chromatographie en phase gazeuse-spectrométrie de masse en tandem (GC-MS/MS); et des analyses histologiques, comportementales, et d’immunofluorescence.Dans la première partie, nous avons montré que dans le cerveau de souris mâles la progestérone est principalement convertie en 5a-dihydroprogestérone (5a-DHP), qui est un agoniste naturel de PR. Après MCAO, les niveaux de progestérone et de 5a-DHP cérébrales augment chez les mâles, mais pas chez les femelles. En revanche, les femelles peuvent utiliser l’inter-conversion de la 20a-dihydroprogestérone et de la progestérone pour réguler la disponibilité des pregnanes actifs au niveau de PR. De plus, les souris PRNesCre, mâles et femelles jeunes adultes et âgées, ont des infarctus plus grands et des déficits sensori-moteurs plus importants ainsi qu’une diminution de la densité des neurones et de la microglie activée comparativement aux souris témoins PRloxP/loxP. En outre, nos résultats ont révélé des différences liées au sexe chez les souris jeunes, mais pas chez les souris âgées. Dans la deuxième partie de l'étude, nous avons montré que, chez les souris mâles PRloxP/loxP, le traitement par la progestérone améliore la récupération fonctionnelle et réduit le volume de l'infarctus. Dans le péri-infarctus, la progestérone augmente la densité des neurones, des oligodendrocytes et de leurs précurseurs, et diminue la densité des astrocytes et de la microglie activée, et l'expression de l’aquaporine 4. Ces effets de la progestérone n’ont pas été observés chez les souris PRNesCre.Nos résultats montrent 1) l'importance des pregnanes endogènes et du PR neural pour la protection cérébrale à la phase aiguë précoce après une ischémie; 2) que le traitement par la progestérone chez les souris mâles après ischémie a des effets neuro-protecteurs, pro-myélinisants et anti-inflammatoires et que PR neural est requis pour la médiation de ces effets. Ces données suggèrent fortement que les ligands de PR ou des agents ciblant leur signalisation en aval pourraient être développés pour la neuro-protection après un AVC.


  • Résumé

    Ischemic stroke initiates a cascade of changes that lead to cell death and also coordinates endogenous processes that counteract the nocuous consequences of ischemia. Understanding these processes is very important for the development of potential neuroprotectants which can be just boosters of endogenous processes. Treatment with exogenous progesterone is neuroprotective after middle cerebral artery occlusion (MCAO). However, the male and female brains contain significant amounts of endogenous progesterone.The aim of our work was to study: 1) the effects of MCAO on the endogenous levels of steroids and the role of neural progesterone receptors (PR) at the acute phase after stoke in young and aging mice of both sexes; 2) the cellular basis of the neuroprotection by progesterone following stroke and the role of neural PR. We used an in vivo model of MCAO; a transgenic mice line (PRNesCre) selectively lacking the expression of PR in neural cells; gas chromatography-tandem mass spectrometry (GC-MS/MS); and histological, behavioral, and immunofluorescence analyses.In the first part of the study, we showed that in the male mouse brain, progesterone is mainly converted to 5a-dihydroprogesterone (5a-DHP), which is a natural PR agonist ligand. After MCAO, brain levels of progesterone and 5a-DHP are rapidly upregulated in males but not in females. In contrast, females may use the interconversion of 20a-dihydroprogesterone and progesterone for regulating the availability of PR-active pregnanes. Moreover, young and aging male and female PRNesCre mice exhibited increased infarcts, severe sensorimotor deficits, and decreased densities of neurons and microglia comparatively to age-matched control mice PRloxP/loxP. In addition, our results revealed sex differences in stroke outcomes in young but not in aging mice. In the second part of the study, we showed that, in male PRloxP/loxP mice, progesterone improved sensorimotor outcomes and reduced infarct volumes. In the peri-infarct, progesterone increased the densities of neurons, oligodendrocytes and their precursors, decreased the densities of activated astrocytes and microglia, and the expression of the aquaporin 4. These beneficial effects of progesterone were not observed in PRNesCre mice.Our findings 1) uncover the importance of endogenous pregnanes and neural PR for the cerebroprotection at the early acute phase after stroke; 2) show that progesterone treatment in male mice has neuro-protectant, pro-myelinating and anti-inflammatory effects after MCAO and that neural PR is required for the mediation of these effects. These data strongly suggest that ligands of PR or agents targeting their downstream signaling could be developed for neuroprotection after stroke.


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