Etude translationnelle des phénomènes neuroinflammatoires précoces et tardifs post-traumatisme crânien

Translational study of neuroinflammatory acute and chronic post traumatic phenomenons

• Auteur / Autrice : Alice Jacquens
• Direction : Vincent Degos
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Neurobiologie
• Date : Soutenance le 20/09/2021
• Etablissement(s) : Université Paris Cité
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Bio Sorbonne Paris Cité (Paris ; 2014-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Maladies neurodéveloppementales et neurovasculaires (Paris ; 2005-....)
• Jury : Président / Présidente : Valérie Besson
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Valérie Besson, Sophie Layé, Jacques Duranteau, Nadia Bahi-Buisson, Bruno Riou, Pierre Gressens, Catherine Lubetzki
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Sophie Layé, Jacques Duranteau

Mots clés

Mots clés contrôlés

génétique

Encéphalopathie traumatique chronique

Épigénétique

Microglie

Neuro-inflammation

Crâne -- Lésions et blessures

Mots clés libres

Traumatisme crânien

Neuroinflammation

Microglie

Épigénétique

Encéphalopathie post-traumatique

Traumatic brain injury

Neuroinflammation

Microglia

Epigenetic

Post-traumatic encephalopathy

Résumé

Le traumatisme crânien (TC) est la cause la plus fréquente d'invalidité permanente chez les moins de 40 ans. Récemment, plusieurs équipes ont mis en évidence l'existence de lésions tertiaires survenant jusqu'à plusieurs années après le TC pouvant être responsable d'une encéphalopathie chronique dégénérative. La persistance de marqueurs neuroinflammatoires semble être associée aux lésions tertiaires post-TC. Notre hypothèse de travail est que cette neuroinflammation chronique puisse être sous-tendue par des mécanismes épigénétiques microgliaux. Ainsi nos objectifs de travail ont été de (1) caractériser le phénotype tardif post-traumatique sur un modèle murin de TC léger par lâcher de poids sur des souriceaux P7 mâles, (2) étudier les modifications épigénétiques du statut de la chromatine microgliale en ATAC-seq, (3) tester une stratégie thérapeutique utilisant un siRNA spécifique d'une cible identifiée via les données d'ATAC-seq, et enfin (4) évaluer le priming microglial lors d'un deuxième hit inflammatoire à P45. Notre modèle de TC est caractérisé par une activation microgliale et astrocytaire maximum à P10. A P45, on retrouve une cicatrice astrocytaire au niveau de la zone impactée avec une augmentation du nombre de microglies, une perte neuronale, des lésions de la substance blanche majeurs avec un amincissement de 2/3 du corps calleux et une diminution du nombre d'axones myélinisés en microscopie électronique. Ces résultats concordent avec ceux de l'IRM qui montrent une altération de la FA significative au niveau du corps calleux chez les souris TC et du fUS qui montrent des troubles de la connectivité cérébrale à P45. Sur le plan comportemental, on observe une diminution de la production de volcalises ultrasoniques à P8, et des troubles des interactions sociales à P45 ainsi que de stigmates de troubles anxieux. De manière concomitante, on retrouve à P45 34 régions d'ADN microglial différentiellement accessibles dans le groupe TC en ATAC-seq. Parmi ces régions, l'une d'elle proche du gène Fkbp5, codant pour une protéine co-chaperonne du récepteur aux glucocorticoïdes (GR) a été mise en évidence et la diminution de l'expression de ce gène candidat a été confirmée en analyse transcriptomique. La cinétique d'expression de Fkbp5 retrouvait une hyperexpression à P10 concomitante du pic d'activation microgliale suivie d'une sous expression sur la phase tardive à partir de P45. Afin de montrer l'intérêt de ce gène, nous avons modulé son expression par siRNA sur des cultures de microglies triées et retrouvé une diminution de l'activation microgliale après stimulation inflammatoire. Enfin, le TC est responsable d'un priming microglial avec une réponse microgliale plus inflammatoire après un deuxième stimulus tardif par LPS. Ces travaux confirment la présence concomitante à un phénotype post-TC tardif phénotypique, radiologique et immuno-histochimiques, de mécanismes microgliaux épigénétiques, et en particulier au niveau de la voie FKBP5. Innovants, ils offrent une piste épigénétique d'immunomodulation dans le contexte post-traumatique.

Traumatic brain injury (TBI) is the most common cause of permanent disability in people under 40. Recently, several teams have demonstrated that tertiary lesions occurring up to several years after TBI, may be responsible for chronic degenerative encephalopathy. Persistence of neuroinflammatory markers appears to be associated with these lesions. Our hypothesis is that chronic neuroinflammation may be due to microglial epigenetic mechanisms. Thus our objectives were to (1) characterize the late post-traumatic phenotype on a murine model of mild weigh-drop TBI on male P7 mice, (2) study the epigenetic modifications of microglial chromatin status with ATAC-seq method, (3) test a therapeutic strategy using a specific siRNA for a target identified via ATAC-seq data, and finally (4) evaluate the microglial priming during a second inflammatory hit at P45. Our TBI model is characterized by maximum microglial and astrocytic activation at P10. At P45, we find an astrocytic scar in the impacted area with an increased number of microglia, neuronal loss, major white matter lesions with a 2/3 thinning of the corpus callosum and a decreased number of myelinated axons by electron microscopy. These results are consistent with those of the MRI which shows a significant increase of anisotropic fraction in the corpus callosum in TBI mice and fUS which shows alteration of the cerebral connectivity at P45. Concerning behavioural tests, we observe a decrease in ultrasonic vocalizations at P8, and alterations of social interactions at P45 as well as signs of anxiety disorders. Also, we find at P45 34 differentially accessible microglial DNA regions in the TBI group compared to the Sham in ATAC-seq. Among these regions, one of them close to the Fkbp5 gene, encoding a co-chaperone protein of the glucocorticoid receptor (GR) was highlighted and the decrease in the expression of this candidate gene was confirmed in transcriptomic analysis. In our model, Fkbp5 mRNA expression is hyperexpressed at P10 concomitant of the microglial activation peak, followed by underexpression on the late phase from P45. In order to show the interest of this gene, we modulateD its expression by siRNA on sorted microglial cultures and found a decreased microglial activation after inflammatory stimulation. Finally, TBI is responsible for microglial priming with a more inflammatory microglial response after a second late stimulus by LPS. This innovative research work confirms the presence of a post-traumatic phenotype, with radiological immunohistochemical, and behavioural specificity of epigenetic microglial mechanisms, and in particular at the level of the FKBP5 pathway while providing an epigenetic track of immunomodulation in the post-traumatic context.