Impact du butyrate sur la plasticité du système nerveux entérique et les répercussions fonctionnelles

Studying the impact of butyrate on the plasticity of the enteric nervous system and its functional implications

• Auteur / Autrice : Rodolphe Soret
• Direction : Michel Neunlist, Jean-Pierre Segain
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Médecine. Biologie - Santé - Médecine. Biologie cellulaire
• Date : Soutenance en 2011
• Etablissement(s) : Nantes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Biologie-Santé Nantes-Angers
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Nantes Université. Pôle Santé. UFR Médecine et Techniques Médicales (Nantes)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Neurones

Motilité du tube digestif

Acétylcholine

Acides gras

Système nerveux entérique

Butyrates

Résumé

Les fonctions gastro-intestinales sont contrôlées par le système nerveux entérique (SNE), indépendamment du système nerveux central. Le SNE est un réseau neuronal intégré, localisé tout le long de l'intestin et organisé en deux plexus majeur: le plexus myentérique, impliqué dans le contrôle de la motricité gastro-intestinale et le plexus sous muqueux, contrôlant principalement les fonctions de sécrétion, perméabilité et prolifération de la barrière épithéliale intestinale (BEl). Les acides gras à chaines courtes (AGCC), principalement l'acétate, le butyrate et le propionate, sont produits par fermentation bactérienne des fibres non digestibles contenues dans le côlon. Le butyrate est la principale source des colonocytes et régule de nombreuses fonctions cellulaires comme la prolifération, la différentiation ou l'apoptose. L'objectif de cette thèse était d'étudier l'impact du butyrate sur la plasticité du SNE, et les répercussions fonctionnelles de ces effets. Ln vivo, chez des rats nourris avec un régime enrichi en amidon résistant bntyrogène ou par perfusion intra-colique d'une solution de butyrate, nous avons montré une augmentation spécifique et dose-dépendante, de la proportion des neurones cholinergiques. Cet effet est associé à une augmentation de la motricité colique mesuré par la vitesse d'expulsion de billes de verre. Ex-vivo, le traitement de bandelettes de musculeuse-plexus myentérique par du butyrate augmente la réponse contractile cholinergique. Enfin, in vitro sur des cultures primaires de neurones entériques, le butyrate stimule l'expression (ARNm et protéine) de la Choline acétyl-transférase (ChAT). Les mécanismes impliquent le transport intracellulaire du butyrate par le transporteur MCT2, l'activation de la voie de signalisation dépendante des kinases Src, l'inhibition de l'activité HDAC et en conséquence l'hyper acétylation de l'histone H3. Dans une deuxième partie, nous avons développé une nouvelle méthode d'isolement et culture primaire de cellules gliales entériques (CEG) à partir de côlon de rat, souris et d'homme. Cette méthode nous a permis d'étudier le rôle fonctionnel des CEG sur les fonctions des cellules épithéliales intestinales et neuronales. Cet outil devrait s'avérer très utile pour la caractérisation d'agonistes ou d'antagonistes pharmacologiques ciblant le SNE dans différentes pathologies digestives.

Gastrointestinal functions are controlled by the enteric nervous system (ENS), independently of the central nervous system. The ENS is an integrated neuronal network localized along the gut and organized in two major plexus: the myenteric plexus, involved in the control of Gl motility and the submucosal plexus, involved in the control mainly mucosal functions such as electrolyte secretion, paracellular permeability and intestinal epithelial cell proliferation. Short chaine fatty acides (SCF A) mainly acetate, propionate and butyrate, are produced by bacterial fermentation of indigestible fiber contained in the colon. Butyrate is the primary energy source for the colonie epithelium and he modulates many œil functions such as proliferation, differentiation or apoptosis. The objective of this thesis was to study the impact of butyrate on the plasticity of the ENS and the functional implications of these effects. Ln vivo, rats fed a diet enriched in resistant starch or intra-colonic infusion of butyrate solution, we demonstrated a specifie increase and dose-dependent, the proportion of cholinergie neurons. This effect is associated with increased colonie motility. Ex-vivo treatment of muscular strip-myenteric plexus by butyrate increases cholinergie contractile response. Induction of a cholinergie phenotype by butyrate involved transporters MCT2 which were specifically deteeted in enteric neurons. Furthermore, we demonstrated that butyrate-induced ChAT expression involved the Src-kinase signaling pathway and the acetylation of histone H3 lysine 9. Ln addition, we developed a method for isolating and culturing primary enteric glial cells (EGC) from rat, mou se and human colonie tissues. Finally, we determined their functional role, in particular of human EGC, upon major intestinal epithelial and neuronal cell function.