Translocator protein comme marqueur de neuro-inflammation microgliale suite au traumatisme crânien : de l'imagerie en tomographie par émission de positons à l'analyse cellulaire

Translocator protein as a marker of microglial neuro-inflammation following traumatic brain injury : from positron emission tomography imaging to cell analysis

• Auteur / Autrice : Clément Delage
• Direction : Valérie Besson
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Pharmacologie
• Date : Soutenance le 31/01/2020
• Etablissement(s) : Université Paris Cité
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Médicament, toxicologie, chimie, imageries (Paris ; 2014-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Optimisation thérapeutique en neuropsychopharmacologie (Paris ; 2014-....)
• Jury : Président / Présidente : Carine Ali
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Carine Ali, Vincent Bérézowski, Bruno Gonzalez, Philippe Garnier, Catherine Marchand
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Vincent Bérézowski, Bruno Gonzalez

Mots clés

Mots clés contrôlés

Neuro-inflammation

Lésions et blessures

Substance blanche

Cytométrie de flux

Tomographie par émission

Microglie

Crâne -- Lésions et blessures

Mots clés libres

Traumatisme crânien

Microglie

TSPO

Translocator protein

Tomographie par émission de positons

Cytométrie en flux

Lésions de la substance blanche

Neuro-inflammation

Traumatic brain injury

Microglia

TSPO

Translocator protein

Positron emission tomography

Flow cytometry

White matter injury

Neuroinflammation

Résumé

Le traumatisme crânien (TC) est un problème majeur de santé publique pour lequel il n'y a encore aucun traitement à l'heure actuelle. La neuro-inflammation (NI) post-traumatique et la microglie, principale actrice du système immunitaire du système nerveux central (SNC), sont de plus en plus incriminées dans la survenue des lésions de la substance blanche (LSB) à l'origine des troubles neuropsychocomportementaux post-traumatiques. Le suivi et la modulation de l'activation microgliale se révèlent donc être des enjeux scientifiques majeurs. Le but de notre travail a été d'étudier l'utilisation de la translocator protein (TSPO) comme marqueur, car elle est décrite comme spécifique de la microglie activée, à l'aide d'un modèle murin de TC développé au laboratoire. Pour cela, une technique d'imagerie en tomographie par émission de positons (TEP) a été utilisée à l'aide d'un radiotraceur ciblant TSPO, ainsi que différentes techniques d'analyses cellulaires (immunohisto- et cytochimie ; cytométrie en flux). Nos études ont révélé que l'utilisation d'un radiotraceur spécifique de TSPO en TEP ne permet pas de détecter l'activation microgliale que ce soit à 1, 3, 7 ou 14 jours après le TC dans notre modèle expérimental, temps auxquels les précédentes études du laboratoire ont déjà mis en évidence une activation microgliale. Les méthodes immunohistochimiques n'ont pas révélé de colocalisation de TSPO avec les microglies mais ont mis en évidence une importante expression endothéliale de TSPO, que les souris aient subi, ou non, un TC et ceci quel que soit le temps après le TC. Les études immunocytochimiques ont confirmé l'expression de TSPO par les cellules endothéliales d'une part, et par les microglies d'autre part. Enfin, les études de cytométrie en flux ont confirmé l'augmentation de l'expression de TSPO dans les microglies suite à un TC. Cependant, elles ont également révélé que les microglies représentent seulement 44 à 58% des cellules exprimant TSPO selon l'état de la souris et le temps après le TC (entre 1 et 3 jours post-TC). La protéine TSPO est notamment exprimée dans toutes les cellules immunitaires infiltrantes, et de façon plus importante que dans la microglie. En conclusion, le manque de spécificité de TSPO, ainsi que son polymorphisme décrit chez l'Homme, remettent en question son utilisation comme marqueur de suivi de la NI d'origine microgliale. De manière plus générale, la faible intensité de la NI induite par notre modèle de TC et la faible résolution de la TEP remettent en question l'utilisation globale de la TEP lors d'une NI microgliale de faible intensité.

Traumatic brain injury (TBI) is a major public health problem for which there is currently no treatment. TBI leads to neuroinflammation, mainly originating from microglial activation. Both microglia and the neuroinflammation are increasingly incriminated in the occurrence of white matter injuries (WMI). Positron emission tomography (PET) imaging appears as a promising method to visualize its activation following TBI. The translocator protein (TSPO) is used to target microglia activation. In this context, we explored microglial activation using in vivo PET imaging and cell analysis in a mild TBI mice model in which we already demonstrated microglial activation through rt-qPCR on brain cell sorting microglia. After a craniotomy, a controlled cortical impact was performed onto adult male mice. PET was performed with [18F]FEPPA, a TSPO specific radiotracer, on TBI, sham-operated and non-operated mice. Mean Standard Uptake Value (SUV) were analyzed on both hemispheres and 7 brain regions. Immunostainings were processed on mice brain slices and microglial and endothelial cells culture. Brain immune TSPO expressing cells were analyzed by flow cytometry after TBI. ROI quantification of [18F]FEPPA did not reveal any difference after TBI, except SUVmean in the amygdala at day 14 (sham-operated versus TBI, p<0.05), suggesting an increased expression of microglial TSPO. Iba1+ cells (microglia) and TSPO+ quantification in the amygdala did not confirm PET results. Moreover, staining showed a vascular-like staining of TSPO regardless of mice group or time. In addition, TSPO was expressed by both endothelial and microglial cells in primary cell cultures. TSPO expression was increased in microglia (p<0.001) and in infiltrating immune cells: macrophages (p<0.001), lymphocytes (p<0.01), polymorphonuclear neutrophils (p<0.01) 3 days after TBI. In addition, 58%, 8%, 0.3% and 34% of TSPO+ cells were respectively microglia, infiltrating immune cells, endothelial cells and other cells. TSPO expression by brain and peripheral immune cells is increased by TBI. However, its lack of specificity and the variability of the binding affinity of its radioligand raises the question of its interest for monitoring microglial-mediated neuroinflammation. Moreover, due to the low intensity of the neuroinflammation in our TBI model, a PET acquisition does not seem sensitive to highlight the microglial activation.