Implication du récepteur sérotoninergique 5-HT4 dans la modulation de la perméabilité de la barrière hémato-encéphalique

Role of the 5-hydroxytryptamine receptor type 4 in the regulation of blood-brain barrier permeability

• Auteur / Autrice : Guillaume Becker
• Direction : Laurent Monassier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Pharmacologie
• Date : Soutenance le 03/12/2021
• Etablissement(s) : Strasbourg
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des Sciences de la vie et de la santé (Strasbourg ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de pharmacologie et toxicologie neurocardiovasculaire (Strasbourg)
• Jury : Président / Présidente : Brigitte Leininger-Muller
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Yannick Goumon
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Brigitte Leininger-Muller, Frank Lezoualc'h

Mots clés

Mots clés contrôlés

Transport biologique

Barrière hématoencéphalique

Récepteurs 5-HT4

Mots clés libres

Sérotonine

Récepteur 5-HT4

Prucalopride

Barrière hémato-encéphalique

Serotonin

5-HT4 receptor

Prucalopride

Blood–brain barrier

HCMEC/D3

BBB permeability

Résumé

Dans ce travail de recherche, nous avons caractérisé l’expression et la fonction du récepteur sérotoninergique 5-HT4 dans la partie endothéliale de la barrière hémato-encéphalique (BHE). Nous avons décrit son expression dans les capillaires de cerveau humain et de rat et dans la lignée cellulaire hCMEC/D3, cette dernière ayant constitué notre modèle cellulaire de BHE. Le prucalopride, un agoniste du récepteur 5-HT4, a induit une augmentation de la perméabilité dans ce modèle de BHE, en régulant à la baisse l'expression de l’occludine, une protéine de jonction serrée. Cet effet, prévenu par le GR113808, un antagoniste sélectif des récepteurs 5-HT4, est médié par la voie de signalisation Src/ERK1/2. Nous avons ensuite confirmé nos observations par des expérimentations in vivo. Ainsi, l'administration de prucalopride augmente la distribution du bleu d'Evans dans le parenchyme cérébral de rat, ce qui est synonyme d’une augmentation de la perméabilité de la BHE. Tous ces résultats indiquent que la sérotonine par le biais du récepteur 5-HT4 pourrait contribuer à la régulation de la perméabilité de la BHE. Nos résultats ouvrent de nouvelles opportunités de développer des outils pharmacologiques permettant d’agir sur la perméabilité de la BHE et d'améliorer la distribution cérébrale et/ou la clairance de molécules surchargeant le système nerveux central. A l’heure actuelle, ces questions constituent un défi pharmacologique.

In this work, we characterize the expression and function of the 5-HT4 serotonin receptor in the endothelial fraction of the blood–brain barrier (BBB). We describe its expression in human and rat brain capillaries as well as in the hCMEC/D3 cell line, which is used as a cellular model of the BBB. Prucalopride, a 5-HT4 receptor agonist, induces an increase in permeability in this BBB model by downregulating the expression of occludin, a tight junction protein. This effect, which is prevented by GR113808, a selective 5-HT4 receptor antagonist, is mediated by the Src/ERK1/2 signaling pathway. We then confirm our observations with in vivo experiments, finding that prucalopride administration increases the distribution of Evans blue in rat brain parenchyma, which is synonymous with an increase in BBB permeability. These results indicate that through the 5-HT4 receptor, serotonin may contribute to the regulation of BBB permeability. Our findings therefore open up new opportunities for the development of pharmacological tools that act on BBB permeability and improve the brain distribution of drugs and/or the clearance of molecules overloading the central nervous system. These issues currently present a pharmacological challenge.