Impact d'une alcoolisation in utero sur la mise en place vasculo-associée des oligodendrocytes : étude translationnelle.

Effect of prenatal alcohol exposure on the vessel-associated positioning and differentiation of oligodendrocytes : translational research

• Auteur / Autrice : Melanie Brosolo
• Direction : Bruno Gonzalez
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Aspects moleculaires et cellulaires de la biologie
• Date : Soutenance le 05/05/2022
• Etablissement(s) : Normandie
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Normande de biologie intégrative, santé, environnement (Mont-Saint-Aignan, Seine-Maritime)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Cancer and Brain Genomics (Rouen ; 2022-....)
• Partenaire(s) de recherche : Établissement de préparation : Université de Rouen Normandie (1966-....)
• Jury : Président / Présidente : Pascale Marcorelles
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Bruno Gonzalez, Pascale Marcorelles, Stéphane Marret, Annie Laquerrière
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Olivier Pierrefiche, Géraldine Favrais

Mots clés

Mots clés contrôlés

Développement neurologique

Oligodendrocytes

Néovascularisation

Syndrome d'alcoolisme foetal

Mots clés libres

TCAF

Syndrome d'alcoolisation fœtal

Angiogenèse

Oligodendrocytes

Interactions vasculaires

Neurodéveloppement

FASD

Angiogenesis

Oligodendrocytes

Cortical development

Vascular interactions

Résumé

Le syndrome d’alcoolisation fœtale (SAF) est provoqué par la consommation d’alcool au cours de la grossesse, et constitue l’atteinte la plus sévère des troubles causés par l’alcoolisation fœtale (TCAF). Première cause de retard mental acquis, le SAF se traduit par de multiples manifestations cliniques, et la présence de dysmorphies faciales caractéristiques permet un diagnostic périnatal précoce. Cependant, alors qu’ils pourront développer des atteintes neurodéveloppementales et comportementales, la plupart des enfants exposés in utero à l’alcool ne présentent pas ces anomalies faciales et échappent, de ce fait, à un diagnostic précoce. Les troubles engendrés par l’alcoolisation maternelle seront alors décelés tardivement, lors de la scolarisation. Bien que de multiples études aient démontré une action délétère d’une exposition in utero à l’alcool sur de nombreuses cellules nerveuses, ce n’est que plus récemment qu’un effet sur l’angiogenèse cérébrale a été caractérisé. Ainsi, des travaux réalisés au sein du laboratoire, puis confirmés par d’autres groupes, ont mis en évidence le rôle néfaste d’une alcoolisation maternelle sur l’angiogenèse cérébrale fœtale, engendrant notamment une désorganisation du réseau vasculaire cortical. Par ailleurs, d’autres groupes de recherche ont démontré l’existence d’une subtile interaction entre les vaisseaux et deux types cellulaires, les interneurones GABAergiques et les oligodendrocytes ; les vaisseaux servant de support de migration tangentielle. Ainsi, mon projet de thèse a consisté à rechercher l’impact de l’alcoolisation in utero sur la mise en place vasculo-associée des oligodendrocytes au cours du développement. Ces travaux ont pu être menés par des approches précliniques et, en partie, chez l’humain grâce à une interaction étroite avec plusieurs Services du CHU de Rouen. Les données obtenues chez la Souris confirment la désorganisation vasculaire cérébrale induite par l’alcoolisation maternelle. Toutefois, cette désorganisation observée chez le fœtus et le nouveau-né s’estompe avec l’âge. Au niveau cortical, une interaction entre oligodendrocytes et vaisseaux radiaux a été caractérisée. Alors que les vaisseaux sont désorganisés, l’association oligo-vasculaire n’est pas modifiée par l’alcool. En revanche, l’alcoolisation in utero entraîne un défaut de positionnement des cellules Olig2-positives renforçant l’hypothèse qu’une altération des routes migratoires vasculaires induirait des défauts ou un retard de positionnement cortical. De plus, des études protéiques et immunohistochimiques démontrent des altérations des processus de maturation. Une perturbation du processus de myélinisation est également retrouvée après exposition prénatale à l’alcool au sein du corps calleux et du striatum, deux régions de projection des fibres corticales. Enfin, des atteintes comportementales ont été constatées, traduisant notamment des altérations motrices à long terme. Parallèlement, des études réalisées chez l’homme sur une cohorte de fœtus exposés ou non in utero à l’alcool, démontrent la présence d’interactions oligo vasculaires sur l’ensemble de la surface corticale. De manière comparable aux études réalisées chez la Souris, un défaut de différenciation oligodendrogliale majeur a été observé chez les individus exposés in utero à l’alcool. En conclusion, ces travaux de thèse ont révélé que les oligodendrocytes intégrant le néocortex utilisent les microvaisseaux radiaux. L’alcoolisation in utero désorganise l’orientation radiale des vaisseaux et induit une altération des profils migratoires et de maturation des oligodendrocytes corticaux, associés à un défaut de myélinisation et des troubles moteurs. Ils suggèrent une dysfonction oligovasculaire induite par l’alcool et ouvrent de nouvelles pistes de recherche. En particulier, il serait intéressant de déterminer si une correction des atteintes vasculaires pourrait être en mesure de corriger les atteintes développementales du lignage oligodendrocytaire.

Alcohol consumption during pregnancy can cause fetal alcohol syndrome (FAS), referring to the most severe expression of fetal alcohol spectrum disorder (FASD). Leading cause of non-genetic mental retardation, FAS is associated with multiple clinical defects such as growth retardation, neurological deficits, and behavioural troubles. Whereas FAS patients present characteristic facial dimorphisms, most FASD children do not present them but are not devoid of neurodevelopmental impairments and behavioral disabilities, which are frequently detected with schooling. Consequently, these children are late or misdiagnosed and several years of care are lost. Although it is well established that in utero alcohol exposure exerts deleterious effects on nervous cells, several studies more recently showed that prenatal alcohol exposure (PAE) alters brain angiogenesis. In particular, data from our laboratory revealed that PAE disorganizes the radial orientation of cortical microvessels. Concurrently, other research groups demonstrated a close interaction between brain microvessels and two nervous cell types; GABAergic interneurons and oligodendrocytes that use vessels as guides during their migration. In this way, my thesis project consisted in evaluating the effects of in utero alcohol exposure on the vasculo-associated positioning and differentiation of oligodendrocytes in the developing cortex. This project has been performed using a mouse preclinical model of in utero alcohol exposure and, when possible, in human in a close partnership with several departments from the Rouen University Hospital. Regarding oligo-vascular interactions in the developing cortex, data obtained in mouse brains at three developmental stages confirmed that PAE induced a perinatal disorganization of the cortical vascular network. However, this effect decreased with age. Moreover, in control mice, a vascular association was evidenced between oligodendrocytes invading the developing cortex and radial microvessels. PAE did not impaired this oligo-vascular association but led to a mispositioning of Olig2-positive cells among cortical layers, supporting the hypothesis that, by impairing vascular routes, PAE could lead to delayed or mis-positioning of migrating oligodendrocytes. Consistent with these results, Western blot and immunohistochemistry experiments have shown that PAE altered the differentiation of the oligodendrocytes. Moreover, PAE resulted in myelination impairments: reduced myelin sheath of axons in the corpus callosum and a disorganization of myelinated bundles in the striatum. All these neurodevelopmental defects were associated to perinatal behavioural impairments that persisted at adulthood. In human, experiments conducted in a cohort of control and FAS foetuses showed similar oligovascular interactions in the developing cortex and revealed major defects regarding differentiation of oligodendrocytes. Immunohistochemistry showed that PAE induced an increase of PDGFRα-positive oligodendrocyte precursors in the ganglionic eminences and the cortex, and a decrease of Olig2-positive cells in the cortex. In conclusion, the present thesis showed that oligodendrocytes invading the developing cortex are in close interaction with radial microvessels. PAE impaired both the cortical vasculature and the positioning and maturation profiles of cortical oligodendrocytes. These effects which are, at least in part, retrieved in human, are associated to white matter defects and motor disabilities. Altogether, they support a vascular contribution in neurodevelopmental effects of alcohol and suggest that the characterization of alcohol-induced vascular impairments would be a promising research avenue to improve the early diagnosis of FASD.