Impact des maladies métaboliques sur la cicatrice gliale, la plasticité cérébrale et la récupération fonctionnelle : exemple de l'accident vasculaire cérébral

The impact of metabolic disorders on glial scar, brain plasticity and functional recovery : example of stroke

• Auteur / Autrice : Julien Clain
• Direction : Nicolas Diotel, Christian Lefebvre d'Hellencourt
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Bio Med Santé
• Date : Soutenance le 06/09/2024
• Etablissement(s) : La Réunion
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences, Technologies et Santé (Saint-Denis, La Réunion ; 2010-...)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Diabète athérothrombose et thérapies Réunion Océan Indien (Saint-Denis, Réunion) - Diabète athérothrombose et thérapies Réunion Océan Indien
• Jury : Président / Présidente : Silvia Iacobelli
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Silvia Iacobelli, Vincent Bérézowski, Nathalie Becker, David Couret
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Vincent Bérézowski, Nathalie Becker

Mots clés

Mots clés contrôlés

Récupération fonctionnelle

La Réunion (France ; île)

Obésité

Diabète non-insulinodépendant

Ischémie cérébrale

Maladies cérébrovasculaires

Mots clés libres

Diabète

Récupération fonctionnelle

Plasticité cérébrale

Cicatrice gliale

Accident vasculaire cérébrale

Obésité

Stroke

Glial scar formation

Fonctional recovery

Brain plasticity

Diabetes

Obesity

Résumé

L’accident vasculaire cérébral ischémique (AVCi) est une des pathologies les plus mortelles au monde. Le diabète de type II et l’obésité, qui représentent les deux maladies métaboliques les plus fréquentes, sont des facteurs de risque importants de la survenue d’un AVCi, et leur prévalence est augmentée à La Réunion. Par conséquent, le nombre d’AVCi à La Réunion par habitant est plus élevé que la moyenne nationale. Le diabète et l’obésité aggravent aussi les conséquences de l’ischémie cérébrale, via des mécanismes moléculaires et cellulaires qui ne sont pas encore élucidés. Au cours d’un AVCi, la souffrance et la mort cellulaire entraînent l’activation des microglies (microgliose) et des astrocytes (astrogliose). Cette gliose réactionnelle permet la formation d’une cicatrice gliale et fibrotique neuroprotectrice, isolant la région ischémiée du tissu cérébral intact. Cette fibrose devient délétère à moyen/long terme en entravant les processus de plasticité cérébrale. Notre hypothèse d’étude implique que les perturbations métaboliques altèrent la formation de la cicatrice gliale, accentuant les atteintes cérébrales post-AVC. L’objectif de cette présente thèse est donc d’étudier, dans le cadre de l’AVCi, les effets de perturbations métaboliques sur les dommages cérébraux, les processus de gliose réactionnelle, la fibrose ainsi que sur la récupération fonctionnelle. Pour ce faire, nous avons réalisé une ischémie cérébrale (technique MCAO) chez des souris diabétiques et obèses (modèle db/db). Nous avons ensuite décrit l’impact de cette condition métabolique sur la gliose réactionnelle. Nos résultats ont montré que les souris db/db présentaient un volume lésionnel, un œdème cérébral, une transformation hémorragique ainsi qu’une dysfonction de la barrière hématoencéphalique plus importants, en adéquation avec les données cliniques humaines. La gliose réactionnelle et la fibrose associée ont été exacerbées et persistent davantage chez les souris db/db. Forts de ces résultats, nous avons alors voulu explorer les mécanismes moléculaires et cellulaires impliqués dans l’astrogliose au cours d’une lésion ischémique dans une situation mimant un contexte de perturbation métabolique. Pour cela, nous avons mis en place plusieurs modèles afin de reproduire les conditions de l’AVCi in vitro : lésion mécanique du tapis cellulaire, déprivation en dioxygène et en glucose (OGD), et traitement avec des agents mimant les perturbations métaboliques. Des astrocytes de la lignée CLTT ont ainsi été traités au méthyglyoxal (MGO), un précurseur des produits avancés de glycation, reproduisant un des aspects des perturbations métaboliques au cours d’une situation d’hyperglycémie. Nos résultats ont révélé que le traitement au MGO altère le processus de « cicatrisation » à la suite d’une lésion mécanique. Malheureusement, des difficultés techniques ne nous ont pas permis de conclure quant à l’impact du MGO sur la réactivité/cicatrisation astrocytaire en situation d’OGD. Dans une dernière étude in vivo, nous avons étudié les possibles effets thérapeutiques de la modulation d’une voie de signalisation (voie adiponectine) à la suite d’une ischémie cérébrale chez la souris, sans pouvoir montrer d’effets probants. En conclusion, le travail réalisé au cours de cette thèse permet, pour la première fois à notre connaissance, de démontrer que les perturbations métaboliques accentuent la gliose réactionnelle et favorisent la persistance de la cicatrice gliale fibrotique au niveau de l’hémisphère ischémié. La modulation de la cicatrice gliale et de la fibrose permettrait de favoriser les mécanismes de réparation cérébrale et de récupération fonctionnelle des patients dans un contexte aussi bien normoglycémique qu’hyperglycémique.

Ischemic stroke is the leading cause of death worldwide, with type II diabetes and obesity being significant risk factors. These metabolic diseases are particularly prevalent in Réunion Island, resulting in a higher incidence of stroke compared to the national average. Furthermore, diabetes and obesity worsen the outcomes of cerebral ischemia through unknown molecular and cellular mechanisms. During a stroke, cellular suffering and death trigger the activation of microglia (microgliosis) and astrocytes (astrogliosis), leading to the formation of a neuroprotective glial and fibrotic scar that isolates the damaged region from healthy brain tissue. However, this fibrosis can later hinder brain plasticity.Our research aimed to investigate the effects of metabolic disturbances on brain damage, reactive gliosis processes, fibrosis, and functional recovery in the context of stroke. For that, we induced cerebral ischemia in diabetic and obese mice (db/db model) and investigate the impact of their metabolic condition on reactive gliosis.Our findings clearly demonstrated that db/db mice exhibited an increased in lesion volume, cerebral oedema, hemorrhagic transformation, and blood-brain barrier dysfunction, in line with human clinical data. Furthermore, reactive gliosis and associated fibrosis were more severe and persistent in db/db mice. To identify the molecular and cellular mechanisms involved in astrogliosis during ischemic injury under disrupted metabolic conditions, we established several in vitro models: wound healing assay, oxygen and glucose deprivation (OGD), and treatment with agents mimicking some aspects of the metabolic dysfunction. Thus, astrocytes from the CLTT cell line were treated with methyglyoxal (MGO), a precursor of advanced glycation products which is elevated in diabetics. Our results clearly demonstrate that MGO treatment impairs the 'healing' process following mechanical injury. However, due to technical difficulties we were not able to draw any conclusions regarding the impact of MGO on astrocytic reactivity/healing in OGD condition. Finally, we tested the potential therapeutic effects of modulating the adiponectin pathway following cerebral ischemia in mice. However, our results showed no conclusive effects.In conclusion, our research provides compelling evidences that metabolic disturbances significantly exacerbate reactive gliosis and promote the persistence of fibrotic glial scarring in the ischemic hemisphere. Modulating glial scar and fibrosis may enhance brain repair mechanisms and functional recovery in both normoglycemic and hyperglycemic patients.