Rôle des récepteurs nucléaires aux xénobiotiques et des enzymes métaboliques P450 cérébraux dans la physiopathologie du cerveau

Pathophysiological role of brain xenobiotic nuclear receptors and P450 metabolic enzymes

• Auteur / Autrice : Badreddine Boussadia
• Direction : Laurent Fagni, Nicola Marchi
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie Santé
• Date : Soutenance le 11/07/2016
• Etablissement(s) : Montpellier
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences Chimiques et Biologiques pour la Santé (Montpellier ; Ecole Doctorale ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Génomique Fonctionnelle (Montpellier)
• Jury : Président / Présidente : Michel Desarménien
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Laurent Fagni, Nicola Marchi, Michel Desarménien, Isabelle Brunet, Etienne Audinat, Pierre-Olivier Couraud
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Isabelle Brunet, Etienne Audinat

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cytochrome P450

Xénobiotiques

Récepteurs nucléaires (biochimie)

Mots clés libres

Récepteurs nucléaires des xénobiotiques

Enzymes métaboliques P450 (CYP)

Cerveau épileptique

Médicaments antiépileptiques (MAE)

Xenobiotic nuclear receptors

P450 metabolic enzymes (CYP)

Epileptic brain

Antiepileptic drugs (AED)

Résumé

Les récepteurs nucléaires des xénobiotiques et les enzymes métaboliques P450 (CYP) constituent les principaux éléments contrôlant la biotransformation des médicaments, ainsi que le maintien de des barrières physiologiques au niveau périphérique, plus particulièrement, dans le foie et dans l’intestin. Plusieurs études ont mis en évidence la présence des CYP ainsi que les récepteurs nucléaires contrôlant leur expression, tels que le Constitutive Androstane Receptor et le Pregnane Xenobiotic Receptor (CAR et PXR). Des résultats précédant indiquent la surexpression des CYP2E1 et CYP3A4 dans des tissus et des cellules isolées du cerveau de patients épileptiques pharmacorésistants. L’importance de ces résultats réside dans le rôle du CYP2E1 et CYP3A4 dans la biotransformation de plusieurs médicaments antiépileptiques (MAE) suggérant ainsi un mécanisme de pharmacorésistance aux médicaments. Contrairement aux autres récepteurs nucléaires, les fonctions physiologiques des récepteurs nucléaires des xénobiotiques au niveau vasculaire sont mal connues. Nos résultats montrent des changements spatio-temporaux de l’expression des CYP2E1 et CYP3A4 dans le cerveau après une crise aigüe et pendant le processus d’épileptogenèse chez la souris. Une exposition in vivo et in vitro au MAE Phénytoïne induit une augmentation du niveau du CYP2E1. Le Phénobarbital et la Carbamazépine n’ont pas eu d’effet. Les souris privées des récepteurs nucléaires des xénobiotiques (PXR KO et CAR KO) ne présentent pas de changement de niveau basal des CYP dans le cerveau. Cependant, les souris CAR KO présentent des dysfonctionnements neuronaux (altération de la mémoire, comportement anxieux et une diminution de l’intensité des rythmes EEG entre 3.5-7 Hz) et des modifications caractérisées par une augmentation de perméabilité vasculaire et une dispersion des neurones hippocampiques. L’ensemble des résultats indique une régulation dynamique des CYP dans le cerveau avec une extension de l’impact des récepteurs des xénobiotiques à des fonctions neurovasculaires.

Xenobiotic nuclear receptors and P450 metabolic enzymes (CYP) are pivotal controllers of drug biotransformation and barrier functions in peripheral organs, including the intestine and the liver. Accumulating evidence suggested that, in human, central nervous system cells express significant levels of P450 enzymes and their upstream regulators e.g. Constitutive Androstane and Pregnane Xenobiotic Receptors (CAR, PXR). We previously showed the increased and ectopic CYP2E1 and CYP3A4 expression in brain specimens or cells obtained from drug resistant epileptic patient. These results are significant as CYP2E1 and CYP3A4 are responsible for the metabolism of several antiepileptic drugs (AED), therefore, suggesting a possible new mechanism of drug resistance. However, the exact determinants of CYP expression in the epileptic brain remain unknown. In addition, the exact role of nuclear xenobiotic receptor in the brain is understudied. The latter represents a significant knowledge gap as nuclear receptors other than the xenobiotic ones were shown to contribute to physiological neurovascular functions. Our results show spatio-temporal changes of CYP2E1 and CYP3A4 brain expression occuring after status epilepticus and during epileptogenesis in mice. Exposure to the AED phenytoin, phenobarbital, but not carbamazepine, increased brain CYP2E1 expression in vivo and in vitro. Lack of the specific xenobiotic receptors CAR and PXR did not impact basal CYP brain levels. However, we found an unexpected contribution of CAR to neuronal dysfunctions (memory impairment, anxiety like-behavior and decrease 3.5-7 Hz EEG waves) and neurovascular development, as indicated by increase vascular permeability and hippocampal neuronal dispersion. These results depict a dynamic regulation of P450 enzymes in the brain also expanding the impact of xenobiotic receptors to previously unexplored neurovascular functions.