Effet du microbiote intestinal d'enfants atteints de troubles du spectre autistique sur le comportement et les marqueurs biologiques liés à ces troubles chez la souris axénique

Effect of gut microbiota from children with autism spectrum disorder (ASD) on behavior and ASD-related biological markers in germ-free mice

• Auteur / Autrice : Léa Roussin
• Direction : Laurent Naudon, Sylvie Rabot
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la nutrition
• Date : Soutenance le 29/03/2023
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Agriculture, alimentation, biologie, environnement, santé (Paris ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Microbiologie de l'Alimentation au Service de la Santé humaine (Jouy-en-Josas)
• Partenaire(s) de recherche : référent : Faculté des sciences d'Orsay
• Partenaire(s) de recherche : graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Biosphera (2020-....)
• Jury : Président / Présidente : Florence Dubois-Brissonnet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Julio Ramos Aires, Laëtitia Davidovic, Rochellys Diaz Heijtz, Aletta Kraneveld
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Julio Ramos Aires, Laëtitia Davidovic

Mots clés

Mots clés contrôlés

Troubles du développement neurologique

Neurosciences

Physiologie

Flore intestinale

Mots clés libres

Sciences du comportement

Microbiote intestinal

Physiologie

Neurosciences

Behavioral science

Gut microbiota

Physiology

Neurosciences

Résumé

Les troubles du spectre autistique (TSA) sont des troubles neurodéveloppementaux multifactoriels caractérisés par des comportements répétitifs et des difficultés dans l'interaction sociale et la communication ; ils s'accompagnent parfois d'anxiété, de déficiences cognitives et de symptômes gastro-intestinaux (GI). Des facteurs génétiques, épigénétiques et environnementaux sont impliqués dans leur pathophysiologie. De nombreuses études montrent une composition distincte du microbiote intestinal chez les personnes atteintes de TSA par rapport aux personnes neurotypiques, ainsi que dans les modèles murins de TSA par rapport aux animaux WT. Bien que l'origine de cette altération du microbiote soit inconnue et qu'elle puisse être influencée par les préférences alimentaires restrictives ou les anomalies GI de certaines personnes atteintes de TSA, elle pourrait aggraver les symptômes de ces troubles. En effet, des données cliniques et précliniques montrent que cette altération du microbiote est en interaction avec le système immunitaire et peut jouer un rôle dans le développement de plusieurs des symptômes et des déficiences fonctionnelles observés chez les individus atteints de TSA, comme une inflammation et une perméabilité intestinale excessive, une altération du métabolisme du tryptophane et une neuroinflammation accrue. Par conséquent, nous avons étudié l'effet chez des souris axéniques d'une transplantation du microbiote fécal (TMF) d'enfants atteints de TSA sur le comportement et les marqueurs cérébraux, immunitaires et GI liés aux TSA. Nous avons choisi deux groupes distincts d'enfants atteints de TSA comme donneurs de microbiote : un groupe sans symptômes gastro-intestinaux (groupe A) et un groupe présentant des symptômes gastro-intestinaux (groupe AG), à savoir une constipation sévère et chronique. Pour les deux groupes de TSA, les enfants donneurs témoins étaient leurs frères et sœurs neurotypiques. Cela limite l'effet potentiel des facteurs génétiques et environnementaux sur la composition du microbiote entre les groupes de donneurs TSA et neurotypiques. Nous avons étudié l'effet de la TMF chez deux lignées de souris qui présentent des différences génétiques et comportementales, à savoir les lignées BALB/c et C57BL/6. Dans les deux lignées, la TMF des groupes TSA a entraîné une diversité alpha et composition distinctes du microbiote intestinal chez les souris, par rapport à la TMF des groupes frères et sœurs. Bon nombre de ces différences étaient spécifiques à la lignée, mais, une proportion réduite de Prevotellaceae a été trouvée de façon constante dans les deux lignées de souris ayant reçu la TMF du groupe AG, par rapport à la TMF de leurs frères et sœurs. Chez les souris C57BL/6, la TMF du groupe A a diminué l'activité locomotrice et la TMF du groupe AG a augmenté les comportements répétitifs et altéré la mémoire spatiale, par rapport à la TMF de leur frères et sœurs. Ces altérations se sont accompagnées d'une diminution de la proportion de populations de lymphocytes T pro-inflammatoires dans la rate et d'une augmentation de l'expression des gènes impliqués dans les jonctions serrées dans l'intestin des souris ayant reçu la TMF des groupes A et AG par rapport celles des frères et sœurs. Chez les souris BALB/c, il n'y avait pas de différence de comportement entre les groupes de souris, mais la TMF des groupes A et AG a réduit le nombre de neurones sérotoninergiques dans le noyau du raphé, par rapport à la TMF des frères et sœurs. De plus, dans cette lignée, la TMF du groupe A a réduit les marqueurs d'inflammation dans le côlon, par rapport à la TMF des frères et sœurs. Cette étude apporte de nouvelles données sur l'effet de la TMF de personnes atteintes de TSA sur des souris, soulignant l'importance du bagage génétique des animaux receveurs et la prise en compte des symptômes GI dans les études sur l'axe microbiote-intestin-cerveau.

Autism spectrum disorder (ASD) is a multifactorial neurodevelopmental disorder characterized by repetitive behaviors and impairments in social interaction and communication. It is sometimes accompanied by anxiety, cognitive impairments and gastro-intestinal (GI) symptoms. Genetic, epigenetic and environmental factors are involved in ASD pathophysiology. Many studies report a distinct gut microbiota composition in people with ASD compared to typically developing (TD) people, as well as in genetic and environmental murine models of ASD compared to WT animals. While the origin of those microbiota alterations is unknown and might be influenced by the restrictive dietary preferences or GI abnormalities of some ASD individuals, they could worsen ASD-related symptoms. Indeed, clinical and pre-clinical data show that those microbiota alterations are at interplay with the immune system and may play a role in the development of many of the symptoms and functional impairments observed in ASD individuals such as an excessive gut inflammation and permeability, altered serotonin and kynurenin pathways, and increased neuroinflammation. Therefore, we investigated the effect in germ-free (GF) mice of a fecal microbiota transplantation (FMT) from children with ASD on ASD-related behavior and ASD-related brain, immune and GI parameters. We chose two distinct groups of children with ASD as microbiota donors: one group without GI symptoms (group A) and one group with GI symptoms (group AG), namely a severe and chronic constipation. For both ASD groups, control children donors were their TD siblings. This limits the potential effect of genetic and environmental factors on microbiota composition between ASD and TD donor groups. We investigated the effect of FMT in two mouse strains that present genetic and behavioral differences, i.e. the BALB/c and C57BL/6 strains. In both strains, FMT led to distinct gut microbiota alpha-diversity and composition in ASD-recipient mice, compared to TD sibling-recipient mice. Many of those differences were strain-specific but, remarkably, a decreased proportion of Prevotellaceae was found consistently in both mouse strains in AG-recipients, compared to the TD sibling-recipients. In C57BL/6 mice, FMT from group A decreased locomotor activity and FMT from group AG increased repetitive behaviors and impaired spatial memory, compared to FMT from TD siblings. Those alterations were accompanied by a decreased proportion of pro-inflammatory T lymphocyte populations in the spleen and an increased expression of genes involved tight-junction function and regulation in the gut of both A and AG group-recipients compared to sibling-recipients. In BALB/c mice, there was no difference of behavior between ASD recipient mice and sibling-recipient mice, but FMT from both groups A and AG reduced the number of serotoninergic neurons in the raphe nuclei, compared to FMT from TD siblings. In addition, in this strain, FMT from group A reduced markers of inflammation in the colon, compared to FMT from siblings. This study brings more data on the effect of FMT from ASD individuals on GF mice, highlighting the importance of the genetic background of the recipient animals and consideration of GI symptoms in studies on the microbiota-gut-brain axis.