Study of the involvement of brain tryptophan metabolism in obesity-induced memory deficits

Étude de l’implication du métabolisme cérébrale du tryptophane dans les déficits de mémorisation induits par l’obésité

• Auteur / Autrice : Carla Elena Mezo Gonzalez
• Direction : Francisco Bolaños-Jimenez
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie, médecine et santé
• Date : Soutenance le 28/10/2022
• Etablissement(s) : Nantes Université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Biologie-Santé (Nantes)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Physiopathologie des Adaptations Nutritionnelles (Nantes)
• Jury : Président / Présidente : Khadija Ouguerram
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Elaine Cristina Gavioli, José Alonso Fernández Guasti
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : José Carlos Jiménez Chillarón, Nathalie Castanon

Mots clés

Mots clés contrôlés

Oestrogènes

Mémorisation

Tryptophane

Mots clés libres

Programmation métabolique

Altération cognitive

Tryptophan

Obesity

Metabolic programming

Estrogen

Résumé

L'obésité a des effets délétères sur la cognition qui peuvent être transmis à la descendance via un processus de programmation métabolique. Dans ce travail de thèse, nous avons analysé le rôle du métabolisme du tryptophane (TRP) par la voie de la kynurénine (KP), dans les déficits de mémorisation et d’apprentissage induits par l’obésité. Notre hypothèse de travail étant que l'inflammation liée à l’état d'obésité augmente le taux de kynurénine (KYN), d'acide kynurénique (AK) et d'acide quinolinique (AQ) dans le cerveau et que ceci conduit à une dérégulation de la Plasticité Synaptique médiée par le Glutamate (PSmG) et, donc, à des altérations dans le processus de construction de la mémoire. Les résultats générés montrent que, chez le rat, l'obésité résultant de la consommation d’un aliment hypercalorique provoque des déficits d’apprentissage aussi bien chez les animaux mâles que chez les animaux femelles. Cette altération cognitive est associée à des modifications du métabolisme cérébral du TRP qui varient en fonction du sexe. Ainsi, tandis que les rats mâles obèses ont présenté des niveaux élevés d'AQ dans l’hippocampe, chez les rats femelles l’obésité a induit, au contraire, une réduction en fonction du cycle oestral de la concentration hippocampique de TRP et de ses catabolites. Enfin, l'obésité de la mère ou du père, induit chez la progéniture des déficits de mémorisation associés à une production excessive de AQ et de AK ainsi qu’à des altérations de l'expression des récepteurs NMDA du glutamate, des gènes impliqués dans le métabolisme du TRP et de marqueurs PSmG. En conclusion, l'obésité induit des déficits de mémorisation associés à des modifications du métabolisme cérébrale du TRP. Ces altérations cognitives et neurochimiques sont transmises à la progéniture.

Obesity has deleterious effects on cognition that can be transmitted to offspring via a metabolic programming process. In this thesis, we analyzed the role of tryptophan (TRP) metabolism via the kynurenine (KP) pathway in obesity-induced memory and learning deficits. Our working hypothesis was that obesity-related inflammation increases the brain levels of kynurenine (KYN), kynurenic acid (KA) and quinolinic acid (QA) and that this leads to a deregulation of Glutamatemediated Synaptic Plasticity (GmSP) and, therefore, to impairments in the construction of the memory process. The results generated show that, in rats, obesity arising from the consumption of a highcalorie diet results in learning deficits in both male and female animals. This cognitive impairment is associated with sexdependent changes in brain TRP metabolism. Thus, while obese male rats showed high levels of QA in the hippocampus, in female rats, obesity induced, on the contrary, an estrous cycle-dependent reduction in the hippocampal concentration of TRP and its catabolites. Finally, maternal or paternal obesity induced memory deficits in the offspring that were associated with excessive production of QA and KA as well as with alterations in the expression of NMDA glutamate receptors, of genes involved in TRP metabolism and of GmSP markers. In conclusion, obesity induces learning deficits associated with changes in brain TRP metabolism. These cognitive and neurochemical alterations are transmitted to the offspring.