Etude des mécanismes sous-tendant la récupération fonctionnelle post-AVC associée à la transplantation différée de cellules hADSC exprimant le neuropeptide PACAP.

Study of the mechanisms underlying post-stroke functional recovery associated with delayed transplantation of HADSC cells expressing the neuropeptide PACAP

• Auteur / Autrice : Roxane Gruel
• Direction : David Vaudry
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Aspects moleculaires et cellulaires de la biologie
• Date : Soutenance le 17/12/2019
• Etablissement(s) : Normandie
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Normande de biologie intégrative, santé, environnement (Mont-Saint-Aignan, Seine-Maritime)
• Partenaire(s) de recherche : Etablissement de préparation de la thèse : Université de Rouen Normandie (1966-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Neuroendocrine EndOcrine and GeRminal DIfferentiation and Communication (Mont-Saint-Aignan, Seine-Maritime ; 2022-....)
• Jury : Président / Présidente : Olivier Detante
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Catherine Heurteaux, Carole Brasse-Lagnel, Olivier Wurtz
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Afsaneh Gaillard

Mots clés

Mots clés contrôlés

Baculoviridés

Microglie

Neuro-inflammation

Plasticité neuronale

Thérapeutique cellulaire

Cellules stromales mésenchymateuses

Ischémie cérébrale

Maladies cérébrovasculaires

Mots clés libres

Maladies cérébrovasculaires

AVC

Ischémie cérébrale

PACAP

Cellules souches mésenchymateuses

ADSC

Thérapie cellulaire

Plasticité neuronale

Inflammation

Microglie

Connexions interhémisphériques

Modification génétique

Baculovirus

Récupération fonctionnelle

Cardiovascular disease

Stroke

Ischemic stroke

PACAP

Mesenchymal stem cells

ADSC

Cell therapy

Neuronal plasticity

Inflammation

Microglia

Interhemispheric connections

Genetic modification

Baculovirus

Functional recovery

Résumé

Malgré plus de deux décennies de recherches intensives, les accidents vasculaires cérébraux (AVC) demeurent l'une des principales causes de décès et d'invalidité dans le monde. À ce jour, les seules thérapies admises pour le traitement des AVC ischémiques sont les techniques de reperfusion,restreintes à une très courte fenêtre thérapeutique, puis ensuite la rééducation neurologique. Bien que ces interventions améliorent grandement le devenir des patients, le nombre de personnes éligibles à la reperfusion et la récupération fonctionnelle post-ischémique induite par des exercices de rééducation sont limités. Dans ce contexte de thérapies alternatives limitées, les cellules souches mésenchymateuses (MSC) réduisent de façon significative les déficits fonctionnels dans des modèles expérimentaux d’AVC ischémique, particulièrement celles purifiées du tissu adipeux. Chez l'homme, les MSC améliorent également la récupération fonctionnelle, même si l'effet apparait moins prononcé. Nous proposons donc d'essayer d’augmenter le potentiel thérapeutique de ces cellules MSC en utilisant le pituitary adenylate cyclase-activating polypeptide (PACAP) connu pour ses propriétés protectrices, neurotrophiques et immunomodulatrices dans le cadre de l’ischémie cérébrale. Au cours de cette étude, nous avons développé et évalué le potentiel thérapeutique de MSC purifiées du tissu adipeux (hADSC) et génétiquement modifiées pour exprimer le PACAP, en utilisant un baculovirus recombinant, permettant l’obtention des hADSC-PACAP. Dans un modèle d’occlusion permanente de l’artère cérébrale moyenne, la transplantation différée de hADSC-PACAP améliore, de façon rapide, la récupération fonctionnelle. Celle-ci est associée à une redirection efficace de la réponse inflammatoire microgliale vers un phénotype protecteur de type M2, susceptible de soutenir les mécanismes de réparation tissulaire. En complément de ces observations, une augmentation de la survie à long terme des neuroblastes et une réorganisation précoce des connexions corticales interhémisphériques est aussi observée. Parallèlement à la réduction globale des connexions interhémisphériques vers le cortex controlésionnel induite par la transplantation des hADSC-PACAP, une augmentation sélective de projections interhémisphériques provenant de la zone périlésionnelle et allant vers le cortex somatosensoriel dédié aux vibrisses, situé dans l’hémisphère controlésionnel, a été constatée. Ainsi, malgré l'absence de différences significatives entre les hADSC et les hADSC-PACAP, ces dernières en modulant la réponse inflammatoire vers un phénotype de type M2c/M2d renforcent la récupération fonctionnelle post-ischémique en créant un environnement propice aux mécanismes de réparation tissulaire et de neuroplasticité. Au regard de nos résultats, la transplantation de ces cellules semble favoriser l’établissement ou le réarrangement des connexions neuronales entre certaines aires cérébrales au détriment d’autres régions.

Despite more than two decades of intense research, stroke remains a leading cause of death and long-term disabilities worldwide. To date, the only available treatments for ischemic stroke are reperfusion intervention,carried out in a narrow therapeutic window,and then rehabilitation.While these interventions significantly improve patient outcomes, the number of eligible stroke victims to reperfusion and the functional improvement induced by rehabilitation exercises are limited. In this context of restricted therapeutic alternatives, mesenchymal stem cells (MSC) exhibit a significant therapeutic potential in experimental models of ischemic stroke, notably when purified from adipose tissue.In human, MSC also improve functional recovery even if the effect is less pronounced. Thus, we proposed to increase their therapeutic potential using the pituitary adenylate cyclase-activating polypeptide (PACAP) known for its protective, neurotrophic and immunomodulatory properties inexperimental stroke models. In the present study, we developed and evaluated the therapeutic potential of human MSC purified from adipose tissue (hADSC) and genetically modified to express PACAP, using recombinant baculovirus, named hADSC-PACAP. In a mice model of permanent middle cerebral artery occlusion,delayed transplantation of hADSC and hADSC-PACAP promotes rapid functional recovery that correlates with efficient redirection of microglial inflammatory response toward a protective M2 like phenotype prone to support self-repair mechanism. In connection with these effects, we found an increase of neuroblasts survival and a nearly rewiring of cortical interhemispheric connections. In parallel with an overall reduction of interhemispheric connections toward the contralesional cortex, caused by hADSC-PACAP transplantation, a selective increase of projections coming from the peri-lesional area and going to the contralesional barrel cortex is observed. Thus, despite the absence of significant differences between hADSC and hADSC-PACAP, hADSC-PACAP through modulation of the inflammatory response toward aM2c/M2d phenotype improved post-ischemic functional recovery by setting up a conducive environment to favor self-repair and neuroplasticity mechanisms.Based on these results, the transplantation of these cells seems to promote the establishment or strengthening of neuronal connections between specific brain areas to the detriment of other regions.