Rôle de l'acide polysialique (PSA) dans le contrôle hypothalamique de la prise alimentaire et du poids corporel

Role of polysialic acid (PSA) in the control of food intake and body weight

• Auteur / Autrice : Xavier Brenachot
• Direction : Corinne Leloup, Alexandre Benani, Luc Pénicaud
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la vie
• Date : Soutenance le 20/12/2013
• Etablissement(s) : Dijon
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Environnements, Santé (Dijon ; Besançon ; 2012-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre des Sciences du Goût et de l'Alimentation (Dijon ; 2010-....)
• Jury : Président / Présidente : Pascal Degrace
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Patricia Parnet, Sophie Layé
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Christophe Magnan, Vincent Prévot

Mots clés

Mots clés contrôlés

Prise de poids

Plasticité neuronale

Hypothalamus

Mots clés libres

Hypothalamus

Plasticité synaptique

Homéostasie énergétique

Prise alimentaire

Hypothalamus

Synaptic plasticity

Energy homeostasis

Food intake

Résumé

L’hypothalamus joue un rôle clef dans la régulation de l’homéostasie énergétique grâce à la présence de circuits neuronaux contrôlant la prise alimentaire. Ces circuits peuvent être remodelés dans le cerveau. Nous avons émis l’hypothèse que la plasticité de ces circuits intervient en conditions physiologiques. Nous avons démontré que les synapses des neurones à pro-opiomélanocortine sont modifiées en fonction de l’alimentation. Ce processus de plasticité est indispensable pour ajuster la prise alimentaire et nécessite la présence d’un polymère glucidique appelé PSA (acide polysialique), se fixant sur les protéines d’adhésion cellulaire NCAM et limitant les contacts synaptiques. Nous avons évalué le lien entre la plasticité cérébrale et la vulnérabilité à développer une obésité chez des souris placées en régime gras pendant 3 mois. La réponse comportementale au régime gras était variable, et prédictive de la prise de poids à terme, et était liée aux taux de PSA hypothalamique. La déplétion chronique de PSA dans l’hypothalamus a accéléré la prise de poids et l’adiposité des animaux. Ces résultats suggèrent qu’une capacité réduite de plasticité synaptique est un facteur de risque de l’obésité. En parallèle, nous nous sommes intéressés à l’homéostasie du cholestérol circulant contrôlée par le système à mélanocortine. Il existe un mécanisme de régulation du cholestérol circulant dépendant de PSA dans l’hypothalamus. Une dérégulation de ce mécanisme a provoqué l’accumulation de dépôts graisseux dans les vaisseaux sanguins. L’ensemble de ces travaux a permis de mettre en évidence le rôle de la plasticité synaptique hypothalamique dans la régulation de l’homéostasie énergétique.

Hypothalamus plays a major role in the regulation of energy homeostasis by the presence of neural circuits controlling food intake. These circuits are plastic and can be rewired during adulthood. We hypothesized that synaptic plasticity can occur during physiological conditions. We have shown that synaptic contact on hypothalamic anorexigen POMC neurons are rewired in mouse upon high fat diet (HFD). This synaptic process is mandatory to adjust energy intake and requires the glycan PSA (polysialic acid). PSA promotes synaptic plasticity in the brain by the weakening of cell-to-cell interaction by addition on NCAM (neural cell adhesion molecule). We hypothesized that a defect in brain synaptic plasticity capacity could be a risk factor in the etiology of metabolic diseases. We show that homeostatic feeding response to HFD ingestion was predictive to weight gain observed three months after HFD introduction. The feeding response to HFD was correlated with the hypothalamus PSA level. We show that chronic depletion of hypothalamic PSA accelerate the onset of diet induced obesity. These results indicate that a low hypothalamic PSA level prone to diet induced obesity. In parallel, we focus on the hypothalamic regulation of circulating cholesterol. Melanocortin system control level of circulating cholesterol. Using our model of diet induced synaptic plasticity; we show that there is a link between hypothalamic PSA and circulating cholesterol. A long term reduction of hypothalamic PSA level, lead to an accumulation of fat deposit in blood vessels. This whole work allows us to underscore the role of diet induced synaptic plasticity in the regulation of energy homeostasis.