Effets de la citrulline sur des modèles physiopathologiques de vieillissement cérébral et de maladie d'Alzheimer

Effects of citrulline on pathophysiological models of brain ageing and Alzheimer's disease

• Auteur / Autrice : Antonin Ginguay
• Direction : Patrick Dutar
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Neurobiologie
• Date : Soutenance le 21/11/2018
• Etablissement(s) : Sorbonne Paris Cité
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Bio Sorbonne Paris Cité (Paris ; 2014-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation : Université Paris Descartes (1970-2019)
• Jury : Président / Présidente : Mehrnaz Jafarian-Tehrani
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Patrick Dutar, Mehrnaz Jafarian-Tehrani, Jean-Luc Olivier, Marie-Claude Potier, Bernadette Allinquant, Stéphanie Schneider, Luc A. Cynober
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jean-Luc Olivier, Marie-Claude Potier

Mots clés

Mots clés contrôlés

Alzheimer, Maladie d'

Aspect médical

Citrulline

Mots clés libres

Maladie d'Alzheimer

Vieillissement

Citrulline

Stress oxydant

Potentialisation à long terme

Peptide amyloïde

Alzheimer's disease

Ageing

Citrulline

Oxidative stress

Long-term potentiation

Amyloid peptide

Résumé

La maladie d'Alzheimer (MA), pathologie neurodégénérative liée au vieillissement et évoluant vers la démence, constitue aujourd'hui un véritable enjeu de santé publique pour les pays développés. Elle est caractérisée par une atteinte de l'homéostasie protéique de la cellule entraînant notamment l'accumulation de peptide amyloïde (Abêta), molécule-clé de cette pathologie. Certaines atteintes cellulaires à l'origine de cette perte d'homéostasie, i.e. l'altération des voies de dégradation protéique et l'exacerbation du stress oxydant, sont initiées au cours du vieillissement et se trouvent amplifiées dans la MA. La nitrosylation protéique anormale observée dans la MA, résultant d'une production augmentée de monoxyde d'azote (NO), pourrait contribuer à l'accumulation de peptide Abêta via un impact sur le trafic intracellulaire et sur la dégradation lysosomale du Précurseur du Peptide Amyloïde (APP). Bien que le profil et le degré de l'atteinte cognitive diffèrent, la MA et le vieillissement sont tous deux associés au déficit de certaines fonctions cognitives. Le stress oxydant, dénominateur commun au vieillissement et à la MA, a un rôle majeur dans ces deux situations et semble particulièrement délétère vis-à-vis des processus cellulaires impliqués dans la cognition. L'approche nutritionnelle par citrulline, acide aminé endogène possédant des propriétés antioxydantes et modulatrices du métabolisme du NO, a montré un effet protecteur vis-à-vis du métabolisme amyloïde de l'APP chez l'animal âgé. C'est dans la continuité de ce premier travail que s'inscrivent les travaux présentés ici. Ceux-ci ont consisté en deux volets : le premier évaluant l'effet de la citrulline dans un modèle murin de vieillissement vis-à-vis de l'altération de la plasticité synaptique avec l'âge, plus précisément du processus de potentialisation à long terme (LTP) impliqué dans les fonctions de mémoire et d'apprentissage ; le second portant sur l'effet de la citrulline sur la physiopathologie de la MA dans des modèles cellulaire (lignée SH-SY5Y issue de neuroblastome humain) et murin (Tg2576) exprimant l'APP swedish (APPsw), à l'origine d'un métabolisme accru de l'APP en Abêta. Les résultats montrent un effet protecteur de la citrulline ex vivo vis-à-vis de l'altération de la LTP causée par un stress oxydant exogène. De plus, l'apport alimentaire de citrulline (1g/kg/j) pendant 3 mois chez l'animal âgé permet de restaurer une LTP similaire à celle d'animaux jeunes. Les travaux menés sur lignée cellulaire SHSY5Y APPsw ont montré que la citrulline permettait de réduire la production de peptide Abêta, effet probablement lié à la moindre fragmentation de l'appareil de Golgi observée en présence de citrulline. De plus, la diminution du contenu intracellulaire en APP en présence de citrulline suggère une dégradation accrue de l'APP et de ses métabolites via l'amélioration de la fonction lysosomale. L'étude in vivo de l'effet d'une complémentation en citrulline (1g/kg/j) de 3 mois chez des souris Tg2576 sacrifiées à 20 mois a montré un effet protecteur de la citrulline vis-à-vis de l'atteinte d'un comportement hippocampodépendant ainsi que sur la perte de masse corporelle caractérisant ces animaux. Cependant, aucun effet sur les plaques amyloïdes cérébrales n'est retrouvé dans ce modèle développant une pathologie amyloïde massive et précoce. L'approche nutritionnelle par la citrulline semble donc prometteuse pour limiter l'impact délétère du vieillissement sur les processus cellulaires impliqués dans la mémoire et l'apprentissage ainsi que pour ses effets protecteurs sur la pathologie Alzheimer.

Alzheimer's disease (AD) is an agerelated neurodeg enerative pathology leading to dementia. It is a major public health issue in developed countries where population is ageing. It is characterized by a loss of protein homeostasis leading to amyloid peptide (Abeta) accumulation, a key hallmark of the disease. Cellular damages involved in protein homeostasis loss, such as altered protein degradation pathway and increased oxidative stress, occur with normal ageing and are exacerbated in AD. Abnormal protein nitrosylation, due to increased nitric oxide (NO) synthesis, is observed in AD. This may contribute to Abeta accumulation through a deleterious effect on the cellular trafficking and degradation of its precursor, the Amyloid Protein Precursor (APP). Although the cognitive functions and the level of cognitive disability differ between normal ageing and AD, these two conditions are both associated to cognitive impairment. Oxidative stress, which plays a crucial role in the pathological process of ageing and AD, seems to have a strong negative impact on cellular processes related to cognitive functions. Nutritional approach with citrulline, an endogenous amino acid with antioxidative properties and modulating effect on NO metabolism, has shown a protective effect against amyloid processing of APP in aged rats. The studies presented here followed this previous work and consisted in : i) studying the effect of citrulline supplementation against agerelated longterm potentiation impairment (LTP), a synaptic plasticity process involved in memory and learning ability ; ii) assessing the effect of citrulline in AD-related pathology in cellular (SH-SY5Y cell line) and mice (Tg2576) mode ls of AD both expressing human APP gene carrying swedish mutation. Results showed that citrulline has a protective effect ex vivo against exogenous oxidative stressrelated LTP impairment and that a 3-month citrulline supplementation (1g/kg/day) in aged rats allows to recover a LTP similar to young animals. Studies led on SHSY5Y APPsw cell line sho wed that citrulline reduces Abeta secretion, probably linked to the protective effect of citrulline against Golgi apparatus fragmentation. In addition, the decrease in APP intracellular content with citrulline suggests an increased degradation through lysosomal pathway. In vivo studies showed that a 3-month citrulline supplementation (1g/kg/day) in 20-month old Tg2576 mice leads to an improvement in hippocampal-dependent typical behavior and in weight gain. However, no effect was observed on amyloid deposits in this transgenic mice model with early onset disease. Citrulline supplementation seems to be a promising approach to limit the harmful effect of ageing on cellular process involved in age-related cognitive deficits and to delay the progression of AD pathology.