Etude du passage d’un phospholipide structuré « AceDoPC » à travers une barrière hémato-encéphalique reconstituée in vitro et de sa biodisponibilité cérébrale in vivo chez le rat

Study of passage of a structured phospholipid ''AceDoPC'' through an in vitro reconstituted blood-brain barrier and its cerebral bioavailability in vivo in rats

• Auteur / Autrice : Mayssa Hachem
• Direction : Nathalie Bernoud-Hubac
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biochimie
• Date : Soutenance le 22/05/2015
• Etablissement(s) : Lyon, INSA
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Interdisciplinaire Sciences-Santé (Villeurbanne ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Cardio-Vasculaire, Métabolisme Diabétologie et Nutrition (Lyon) - Laboratoire de recherche en cardiovasculaire- métabolisme- diabétologie et nutrition / CarMeN
• Jury : Président / Présidente : Philippe Lagarde
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Nathalie Bernoud-Hubac, Philippe Lagarde, Jean-Charles Martin, Michel Narce, Frank Thies, Madeleine Picq
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Jean-Charles Martin, Michel Narce, Frank Thies

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cerveau

Docosahexaénoïque, Acide

Mots clés libres

Biosciences

Biologie moléculaire

Acide docosahéxaénoïque

Lysophosphatidycholine

Cerveau

Transport

Barrière hemato-Encéphalique

Biosciences

Molecular biology

Docosahexaenoic acid

Lysophosphatidylcholine

Brain

Transport

Blood-Brain barrier

Résumé

L’acide docosahexaénoïque (DHA, 22:6n-3) est le principal acide gras oméga-3 des tissus cérébraux et est essentiel au développement et aux fonctions du cerveau. Une diminution de la concentration cérébrale du DHA est observée chez les patients souffrant de maladies neurodégénératives telles que les maladies d'Alzheimer et de Parkinson. Un apport ciblé du DHA au cerveau pourrait compenser ces carences. Le DHA sanguin est transporté à travers la barrière hémato-encéphalique (BHE) plus efficacement lorsqu’il est estérifié en position sn-2 de la lysophosphatidylcholine (lysoPC). Nous produisons au laboratoire une phosphatidylcholine structurée pour mimer la 2-docosahexaénoyl-lysoPC (lysoPC-DHA), nommée AceDoPC (1-acétyl,2-docosahexaénoyl-glycérophosphocholine), qui peut être considérée comme une forme stabilisée de la lysoPC-DHA physiologique et qui est neuroprotectrice dans l’accident ischémique cérébral. Le premier objectif de ce travail a été de comparer le passage du DHA marqué non estérifié ou estérifié dans l’AceDoPC ou dans une phosphatidylcholine (PC-DHA), lié au plasma, à travers un modèle in vitro de la BHE. Nous montrons un passage préférentiel à travers la monocouche endothéliale et une captation préférentielle par les cellules gliales de l’AceDoPC comparativement au DHA non estérifié et à la PC-DHA. Le deuxième objectif de ce travail a été de confirmer si cette préférence pour la forme AceDoPC était également observée in vivo. Nous avons donc étudié, chez des rats âgés de 20 jours, la captation cérébrale des différentes formes d’apport du DHA précédemment utilisées (DHA, AceDoPC, PC-DHA). Nous démontrons que l’AceDoPC apporte le DHA au cerveau plus efficacement que les autres formes d’apport de DHA et que cette préférence pour l’AceDoPC est spécifique au cerveau puisqu’elle n’est pas observée pour les autres organes étudiés. L’AceDoPC est trouvée, en partie, sous forme intacte dans le cerveau. L’autoradiographie ex vivo du cerveau de rat révèle que le DHA provenant de l’AceDoPC est localisé dans des régions cérébrales spécifiques jouant un rôle important dans la mémoire et les fonctions cognitives. Enfin, en utilisant des approches de modélisation moléculaire, nous démontrons que les potentiels électrostatiques et hydrophobes sont distribués de manière très similaire au niveau des surfaces de l’AceDoPC et de la lysoPC-DHA. En conclusion, nos études montrent que l’AceDoPC est un transporteur privilégié et spécifique du DHA au cerveau. En considérant les rôles essentiels du DHA pour le cerveau, cette nouvelle approche de ciblage cérébral du DHA offre des perspectives prometteuses dans le développement de stratégies préventives et thérapeutiques pour les maladies neurologiques.

Docosahexaenoic acid (DHA, 22:6n-3) is the main essential omega-3 fatty acid in brain tissues required for normal brain development and function. A decrease in the cerebral concentration of DHA is observed in patients suffering from neurodegenerative diseases such as Alzheimer’s and Parkinson’s. Targeted intake of DHA to the brain could compensate for these deficiencies. Blood DHA is transported across the blood-brain barrier (BBB) more efficiently when esterified at the sn-2 position of lysophosphatidylcholine (lysoPC). We produce in the laboratory a structured phosphatidylcholine to mimic 2-docosahexaenoyl-lysoPC (lysoPC-DHA), named AceDoPC (1-acetyl,2-docosahexaenoyl-glycerophosphocholine), that may be considered as a stabilized form of the physiological lysoPC-DHA and that is neuroprotective in experimental ischemic stroke. The first objective of this work was to compare the passage of either labeled unesterified DHA or DHA esterified in AceDoPC or in phosphatidylcholine (PC-DHA), bound to plasma, through an in vitro model of the BBB. This model is constituted of a co-culture of bovine brain capillary endothelial cells and glial cells from newborn rats. We show a preferential passage through the endothelial monolayer and a preferential uptake by glial cells of AceDoPC compared to unesterified DHA and PC-DHA. We also show that AceDoPC is hydrolyzed, partly, into lysoPC-DHA and that phosphatidylcholine (PC) and phosphatidylethanolamine (PE) are the most labeled lipid classes in endothelial cells and glial cells. AceDoPC is found, partly, as a whole molecule in the cells. The second objective of this work was to confirm whether this preference for AceDoPC was also observed in vivo. We studied, in 20 days old rats, the brain uptake of different forms of DHA previously used (DHA, AceDoPC, PC-DHA). We demonstrate that AceDoPC provided the brain with DHA more efficiently than the other forms of DHA and that this preference for AceDoPC is specific for the brain because it is not observed for other studied organs. AceDoPC is found, partly, intact in the brain. Ex vivo autoradiography of rat brain reveals that DHA provided from AceDoPC is localized in specific brain regions playing key roles in memory and cognitive functions. Finally, by using molecular modelling approaches, we demonstrate that electrostatic and hydrophobic potentials are distributed very similarly at the surfaces of AceDoPC and lysoPC-DHA. In conclusion, our studies demonstrate that AceDoPC is a privileged and specific carrier of DHA to the brain. Considering the essential roles of DHA for the brain, this new approach to target the brain with DHA offers promising perspectives in the development of preventive and therapeutic strategies for neurological diseases.