Conséquences d'événements adverses en période néonatale sur le développement de maladies non-transmissibles dans des modèles murins

Consequences of early life adverse events on the development of non-communicable diseases in mouse models

• Auteur / Autrice : Hanna Ilchmann
• Direction : Vassilia Theodorou, Sandrine Menard
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Pathologie, Toxicologie, Génétique et Nutrition
• Date : Soutenance le 19/09/2019
• Etablissement(s) : Toulouse, INPT
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences écologiques, vétérinaires, agronomiques et bioingénieries (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Toxalim (Toulouse ; 2011-....)
• Jury : Président / Présidente : Philippe Gerard
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Vassilia Theodorou, Sandrine Menard, Johanne Le beyec-Le bihan, Patricia Parnet, Benoit Chassaing, Michelle Kelly-Irving
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Johanne Le beyec-Le bihan, Patricia Parnet

Mots clés

Mots clés contrôlés

Réponse immunitaire

Murins

Stress

Glucides -- Métabolisme

Mots clés libres

Stress social

Métabolisme glucidique

Barrière intestinale

Réponse immunitaire

Origines développementales des maladies et de la santé

Social stress

Glucose metabolism

Intestinal barrier

Immune response

Developmental origin of health and diseases (DOHaD)

Résumé

Le concept des origines développementales des maladies et de la santé (DOHaD) émet l’hypothèse d’une origine périnatale des maladies non-transmissibles (NCD). Le modèle de stress de séparation maternelle (MS) est largement utilisé chez le rongeur comme un paradigme d’événements adverses en période néonatale. Mon projet de doctorat, avait pour but d’étudier les effets à long-terme du MS sur les fonctions de barrière intestinale, le métabolisme, la réponse immunitaire, l’auto-immunité ainsi que sur le microbiote, chez des souris mâles et femelles sauvages âgées sous régime standard. Le but étant de fournir des données expérimentales soutenant le lien entre stress néonatal et développement de désordres métaboliques ou autoimmuns à l’âge adulte. Premièrement, le MS a induit une intolérance au glucose et une perte de la sensibilité à l’insuline associée à une dysbiose fécale chez des souris sauvages C3H/HeN âgées de 350 jours (PND350). Le MS diminuait les concentrations d’IgG fécales et augmentait les IgG anti-E. coli plasmatiques, représentant la réponse humorale contre le microbiote commensal. Le MS diminuait significativement la sécrétion d’IL-17 et IL-22 en réponse à une stimulation du TcR et augmentait la sécrétion de TNF en réponse à une stimulation LPS dans une culture de cellules de la lamina propria de l’intestin grêle (siLP). Les mêmes résultats ont été obtenus au niveau systémique (rate). Nous avons ainsi démontré pour la première fois que le stress néonatal est un facteur de risque pour le développement des désordres métaboliques chez la souris sauvage âgée sous régime standard. Nous avons écarté un rôle exclusif du microbiote dans l’intolérance au glucose induite par le MS avec des expérimentations de transfert de microbiote fécal. Deuxièmement, chez les femelles PND350 soumises au MS, on observait une augmentation de la sécrétion d’IL-17 et IL-22 en réponse à une stimulation du TcR, et de TNF avec ou sans stimulation au LPS par les cellules de la siLP. Nous observons en plus une inflammation systémique. Les souris MS ont développées une intolérance au glucose associée à une baisse de la sécrétion de l’insuline en réponse à un challenge au glucose. Le ratio de la surface des cellules sur la surface du pancréas était légèrement diminué chez les MS et la valeur de ce ratio corrélait positivement avec la sécrétion d’insuline induite par le glucose. En somme, le MS induit chez les souris femelles des effets à long terme sur l’immuno-métabolisme et l’homéostasie du pancréas. Nous avons comparé les mesures de perméabilité intestinale in vivo (gavage) et ex vivo (chambres de Ussing) avec du FITC-Dextran 4 kDa dans un modèle de diabète de type 1 (NOD - souris non-obese diabetic). De façon inattendue, les résultats diffèraient en fonction des méthodes et cette différence n’était pas due à un défaut de la fonction rénale induite par le diabète. Par contre, nous observions un allongement de l’intestin grêle chez les souris diabétiques qui corrélait positivement avec la perméabilité intestinale in vivo. Le diabète ne modifiait pas le transit intestinal, l’humidité des fèces et l’apparence histologique de l’intestin. En somme, nos résultats soulignent l’importance de distinguer la perméabilité intestinale, exprimée en cm/s, et la notion d’exposition systémique aux antigènes luminaux. Mon travail de thèse montre que les événements adverses néonataux sont un facteur de risque pour les NCD. De façon intéressant, nos observations sur les souris âgées sont similaires aux observations épidémiologiques. En effet, nos résultats préliminaires suggèrent que les souris MS femelles développent des désordres métaboliques avec des caractéristiques auto-immunes; alors que les mâles développent des désordres métaboliques plus classiques : résistance à l’insuline. Mon travail sur le modèle MS souligne l’importance de la vie néo-natale dans l’établissement de l’homéostasie et conforte le concept de DOHaD

The concept of Developmental Origins of Health and Disease (DOHaD) highlights the importance of early life period and raises the hypothesis that Non Communicable Diseases (NCD) could find their origins in perinatal environment. Neonatal maternal separation (MS) is a stress model widely used in rodents as a paradigm of early life adverse events. In my PhD project, I aimed to investigate in aging male and female wild-type mice under normal diet the long-term effects of neonatal MS on intestinal barrier function, metabolism, immunity, auto-immunity, as well as on microbiota. My work aimed to provide experimental data to support a link between early life stress and development of metabolic or autoimmune disorders with aging. In our first study, MS led to glucose intolerance and loss of insulin sensitivity associated with fecal dysbiosis in Post Natal Day (PND) 350 wild-type C3H/HeN male mice fed a standard diet. Fecal IgG concentrations were decreased in MS mice compared to control mice, whereas anti-E. coli IgG, representing humoral response toward commensal microbiota, were significantly increased in plasma of MS mice. MS significantly decreased IL-17 and IL-22 secretion in response to TcR stimulation in small intestine lamina propria (siLP) culture. Besides, TNF secretion in response to LPS-stimulation was slightly increased. The same results were obtained at systemic level (spleen). For the first time, we demonstrated that early life stress alone is a risk factor for metabolic disorders development in aging wild type mice under normal diet. The result of this project gave us the opportunity to question the role of microbiota in MS-induced glucose intolerance. Fecal microbiota transfer of MS mice microbiota was not sufficient to induce glucose intolerance. In our second study in PND350 female, MS increased IL-17 and IL-22 by siLP cells in response to TcR stimulation. TNF secretion with and without LPS stimulation was also increased by MS. Additionally, we observed systemic low-grade inflammation. MS mice developed glucose intolerance associated with decreased insulin secretion in response to glucose stimulus. Ratio of -cell surface to pancreas surface was slightly decreased in MS mice compared to control. This ratio positively correlated with insulin secretion induced by glucose. Taken together, the results of our study showed that MS in wild type female mice under normal diet leaves a long-lasting imprinting on immune-metabolism and pancreas homeostasis. We compared in vivo and ex vivo intestinal permeability measurements in a model of type 1 diabetes (NOD – non-obese diabetic mice). Intestinal permeability was assessed in vivo by gavage and ex vivo in Ussing chambers with the marker FITC-Dextran 4 kDa. Surprisingly, the results of both methods were divergent. The difference between in vivo and ex vivo measurements could not be explained by altered renal excretion. Curiously, diabetic NOD mice had significantly longer small intestine than non-diabetic NOD mice and small intestine length positively correlated with intestinal permeability in vivo. However, there were no difference in intestinal transit time, feces humidity and histological appearance. Altogether, our results highlighted the importance to distinguish intestinal permeability, which is expressed as cm/s, and the notion of systemic exposition to luminal antigen. My PhD project shows that early life adverse events are a risk factor for NCD. Interestingly, our observations in aging mice are similar to epidemiological observations. Indeed, preliminary results suggested that female MS mice develop metabolic disorders with autoimmune characteristics but male MS mice develop classical metabolic disorders with insulin resistance. My work in MS model highlights the importance of early life in the establishment of homeostasis and comforts the concept of DOHaD.