Aspect vasculaire de l'interaction tPA / R-NMDA : implications dans le couplage neurovasculaire et dans l'AVC ischémique

Vascular aspects of the tPA / NMDA-R interaction : implications for neurovascular coupling and ischemic stroke

• Auteur / Autrice : Antoine Anfray
• Direction : Cyrille Orset
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Aspects cellulaires et moléculaires de la biologie
• Date : Soutenance le 12/12/2017
• Etablissement(s) : Normandie
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Normande de biologie intégrative, santé, environnement (Mont-Saint-Aignan, Seine-Maritime)
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation : Université de Caen Normandie (1971-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Physiopathologie et imagerie des troubles neurologiques (Caen ; 2017-....)
• Jury : Président / Présidente : Omar Touzani
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Cyrille Orset, Emmanuelle Canet-Soulas, Serge Charpak, Anne Joutel, Denis Vivien
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Emmanuelle Canet-Soulas, Serge Charpak

Mots clés

Mots clés contrôlés

Couplage neurovasculaire

Fibrinolyse

Récepteurs NMDA

Activateur tissulaire du plasminogène

Ischémie cérébrale

Mots clés libres

Accident vasculaire cérébral

Tissue plasminogen activator

NMDA receptors

Neurovascular coupling

Stroke

Fibrinolysis

Résumé

L’activateur tissulaire du plasminogène (tPA) est une sérine protéase initialement découverte dans le sang pour sa capacité à convertir le plasminogène en plasmine, une enzyme capable de dégrader les chaînes de fibrine des caillots sanguins. Pour cette fonction pro-fibrinolytique, le tPA est le seul traitement pharmacologique aujourd’hui utilisé dans la phase aiguë de l’accident vasculaire cérébral (AVC) de type ischémique, même s’il présente plusieurs limites. Outre son rôle dans la fibrinolyse, le tPA est aussi capable de moduler différents phénomènes physiologiques et pathologiques au sein du système nerveux central et de l’unité neurovasculaire, tels que la mémoire, l’excitotoxicité ou encore le couplage neurovasculaire comme décrit plus récemment. Plusieurs fonctions du tPA impliquent son interaction avec les récepteurs N-Methyl-D-Aspartate (NMDA), qui permet de potentialiser leur signalisation. Sur le plan structurel, deux formes du tPA ont été identifiées : une forme simple chaîne (sc-tPA) et une forme double chaîne (tc-tPA). Ces deux formes, dont les proportions peuvent varier dans la solution administrée aux patients pour la thrombolyse post-AVC ischémique, partagent certaines fonctions communes mais peuvent aussi avoir des actions différentes. Le premier objectif de nos travaux visait à mieux comprendre l’implication du tPA dans le couplage neurovasculaire, un phénomène essentiel au fonctionnement cérébral permettant aux régions en activité de bénéficier d’un apport accru en sang afin de subvenir à la demande énergétique des neurones. Dans une seconde partie, nous nous sommes intéressés aux effets des formes sc-tPA et tc-tPA utilisées lors de la thrombolyse dans un modèle murin d’AVC ischémique thromboembolique.Premièrement, nos résultats mettent en évidence la capacité du tPA vasculaire à augmenter l’hyperhémie fonctionnelle dans le cadre du couplage neurovasculaire. En effet, nous montrons chez la souris que le tPA vasculaire peut interagir avec les récepteurs NMDA présents à la surface des cellules endothéliales des artères et artérioles, et augmenter leur dilatation lors d’une activité neuronale. D’autre part, dans le cadre de l’ischémie cérébrale, nos résultats indiquent que lorsqu’ils sont utilisés pour la thrombolyse précoce, le sc-tPA et le tc-tPA ont des effets différents et parfois opposés. Le sc-tPA permet de réduire les volumes de lésion et d’améliorer la récupération fonctionnelle, alors que le tc-tPA est moins efficace pour réduire la lésion et ne diminue pas les déficits fonctionnels. De fait, nos données montrent que le tc-tPA aggrave l’altération de l’intégrité de la barrière hématoencéphalique par rapport au sc-tPA. Dans l’ensemble, ces données permettent d’améliorer les connaissances sur les mécanismes d’actions du tPA dans des phénomènes physiologiques et pathologiques importants. Nos travaux soulignent également la nécessité de prendre en compte les différences entre les formes de tPA dans l’amélioration du traitement actuel des AVC et dans l’élaboration de futures stratégies thérapeutiques impliquant cette molécule.

The tissue-type plasminogen activator (tPA) is a serine protease initially discovered in the blood for its ability to convert plasminogen into plasmin, an enzyme capable of degrading fibrin chains of blood clots. tPA is the only pharmacological treatment currently used for the acute phase of ischemic stroke, although it has several limitations. Besides its role in fibrinolysis, tPA also modulates various physiological and pathological phenomena within the central nervous system and neurovascular unit, such as memory, excitotoxicity and neurovascular coupling, which has been described recently. Several functions of tPA involve its interaction with N-Methyl-D-Aspartate (NMDA) receptors, which leads to an increase in NMDA signaling. Structurally, two forms of tPA have been identified: a single chain form (sc-tPA) and a double chain form (tc-tPA). These two forms, whose proportions vary in the solution administered for thrombolysis during ischemic stroke, share some common functions but may also differ in their therapeutic action. The first objective of our work was to better understand the implication of tPA in neurovascular coupling, which is an essential phenomenon for cerebral functioning that allows active brain regions to benefit from increased blood supply in order to meet local energy demands. In the second part of our work, we investigated the effects of sc-tPA and tc-tPA in a murine model of ischemic thromboembolic stroke.Our results establish a role for vascular tPA in increasing functional hyperemia in neurovascular coupling. We show that vascular tPA interacts with NMDA receptors present at the surface of endothelial cells of arteries and arterioles to increase their dilation during neuronal activity. In the context of cerebral ischemia, our results indicate that when administered during early thrombolysis, sc-tPA and tc-tPA have different and sometimes opposite effects. tc-tPA is less effective than sc-tPA in reducing lesion volume and protecting against functional impairment. In fact, our data show that tc-tPA worsens the integrity of the blood-brain barrier compared to sc-tPA. Overall, these data improve our knowledge of the mechanisms of action of tPA in important physiological and pathological phenomena. Our work underlines the need to take into account differences between sc-tPA and tc-tPA when trying to improve the current treatment for stroke and in the development of future therapeutic strategies involving this molecule.