Caractérisation du métabolisme cérébral chez le rat : étude par spectroscopie RMN du carbone 13

Characterization of cerebral metabolism in rats : a 13C-NMR study

• Auteur / Autrice : Maha El Hage
• Direction : Guy Martin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Neurosciences. Biochimie. Physiologie
• Date : Soutenance le 20/06/2011
• Etablissement(s) : Lyon 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Interdisciplinaire Sciences-Santé (Villeurbanne ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Métabolomique et Maladies Métaboliques : UMR S820
• Jury : Président / Présidente : Gabriel Baverel
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Astrid Nehlig, Francine Acher, Joël Mispelter

Mots clés

Mots clés contrôlés

Glucose

Carbone 13

Spectroscopie de la résonance magnétique nucléaire

Métabolisme

Cerveau

Mots clés libres

Cerveau

Métabolisme

Tranches

RMN 13C

Glucose

Lactate

Valproate

Composés Guanidiniques

Brain

Metabolism

Slices

13C-NMR

Glucose

Lactate

Valproate

Guanidino compounds

Résumé

Cette étude a été réalisée dans le but d’obtenir une meilleure connaissance du métabolisme cérébral qui se trouve perturbé dans de nombreuses maladies neurologiques ou bien par des médicaments présentant des effets toxiques au niveau du système nerveux central. Pour cela, nous avons utilisé notre approche de métabolomique cellulaire qui combine les techniques de dosages enzymatiques et de spectroscopie RMN du carbone 13 avec des modèles mathématiques des voies métaboliques. Dans la première partie de ce travail, nous avons caractérisé le métabolisme des tranches de cerveau de rat en utilisant les principaux substrats du cerveau. Nos tranches utilisent ces différents substrats et conservent une haute capacité d’oxydation pendant la durée d’incubation. La deuxième partie présente une validation de notre modèle d’étude en testant l’effet du valproate, un médicament antiépileptique très utilisé. Nous montrons, non seulement une augmentation de l’accumulation du GABA et une diminution de celle de l’aspartate dues au valproate, mais aussi une perturbation des flux à travers différentes enzymes du métabolisme du cerveau. Dans la troisième partie, nous avons recherché les effets des composés guanidiniques sur le métabolisme cérébral ; ces composés augmentent l’utilisation de glucose et l’accumulation de lactate par les tranches de cerveau de rat. Nos tranches représentent donc un bon modèle pour les études métaboliques in vitro et notre approche permet d’obtenir une vision d'ensemble du devenir métabolique d'un substrat donné et d'identifier les voies métaboliques impliquées en mesurant les flux enzymatiques en absence et en présence d'un agent pharmacologique ou toxicologique

This study was conducted to obtain a better knowledge of brain metabolism which is altered in many neurological diseases or by drugs with toxic effects on the central nervous system. For this purpose, we used our cellular metabolomic approach that combines enzymatic and carbon 13 NMR measurements with mathematical modeling of metabolic pathways. In the first part of this work, we characterized the metabolism of rat brain slices by using the main substrates of the brain. Our slices metabolized and oxidized these substrates at high rates during the incubation period. The second part presents a validation of our model of study by testing the effect of valproate, a widely used antiepileptic drug. We showed that valproate not only increases the accumulation of GABA and decreases that of aspartate, but also alters fluxes through several enzymes involved in brain metabolism. In the third part, we investigated the effects of guanidino compounds on cerebral metabolism; these compounds increase glucose consumption and lactate accumulation by rat brain slices. Thus, our slices are a good model for metabolic studies in vitro and our approach provides an overview of the metabolic fate of a given substrate and allows to identify the metabolic pathways involved by measuring enzymatic fluxes in the absence and the presence of a pharmacological or toxicological agents