Impact des acides gras poly-insaturés de type oméga-3 sur le processus de régénération cardiaque chez le poisson zèbre

Impact of omega-3 poly-insaturated fatty acids on cardiac regeneration process in zebrafish

• Auteur / Autrice : Elodie Arel
• Direction : Marie Demion, Chris Jopling
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Biologie Santé
• Date : Inscription en doctorat le ; Soutenance le 19/12/2023
• Etablissement(s) : Université de Montpellier (2022-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences Chimiques et Biologiques pour la Santé
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : PhyMedExp - Physiologie et Médecine Expérimentale du Coeur et des Muscles
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : 1. Dynamiques des couplages cardiaques
• Jury : Président / Présidente : Jean-Yves Le guennec
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Marie Demion, Chris Jopling, Cécile Gladine, Patrick Bois, Thomas Bochaton
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Cécile Gladine, Patrick Bois

Mots clés

Mots clés libres

Cardiomyocytes

Poisson zèbre

Régénération cardiaque

Acides gras poly insaturés

Electrophysiologie

Macrophage

Cardiomyocytes

Poly unsaturated fatty acids

Zebrafish

Electrophysiology

Heart regeneration

Macrophage

Résumé

Les maladies cardiovasculaires représentent la première cause de mortalité dans le monde occidental notamment en raison de la capacité quasi inexistante de régénération cardiaque chez les mammifères adultes. Cependant contrairement aux mammifères, certaines espèces telles que le poisson-zèbre sont douées de régénération cardiaque tout au long de leur vie, permettant une restauration anatomo-fonctionnelle parfaite et donc sans cicatrice de l’organe. La pharmacothérapie actuelle chez l’Homme proposant uniquement des stratégies pour réduire la mortalité, la compréhension des mécanismes régissant le phénomène de régénération cardiaque est de ce fait cruciale pour développer des thérapies alternatives. En parallèle, plusieurs études ont démontré les bénéfices cardiaques d’une supplémentation en acides gras polyinsaturés de type oméga-3. En effet, les oméga-3 ainsi que leurs métabolites (résolvines, protectines, maresines, neuroprostanes…) possèdent entre autres des propriétés anti-inflammatoires et pourraient donc moduler le processus inflammatoire indispensable à une régénération optimale du cœur. L’ensemble de ces travaux a pour but d’approfondir la compréhension du processus de réparation tissulaire cardiaque chez le poisson-zèbre en présence d’acide docosahexaénoïque (DHA) (et ses dérivés non enzymatiques), une molécule connue pour son action pléiotrope : antiarythmiques, anti-inflammatoires et anti-apoptotiques. La mise en place de l’enregistrement de l’électrocardiogramme (ECG) a permis de caractériser les paramètres cardiaques ainsi que les singularités liées à ce modèle, afin de mieux appréhender les modifications de l’ECG induites lors de la régénération cardiaque. En effet, l’étude de l’ECG sur ce modèle nous a permis de comparer différentes configurations d’enregistrement, mettant en lumière que la configuration cœur exposé permettait une détection optimale de toutes les entités de l’ECG et un excellent rapport signal/bruit. De plus nous avons pu décrire les effets de changement d’osmolarité ou de température sur ce modèle, démontrant que l’hypothermie ralentissait la conduction du signal électrique. Par la suite, l'approche ECG a montré que l'activité électrique ventriculaire se rétablissait plus rapidement dans un contexte de régénération, suggérant que les mécanismes cellulaires sous-jacents sont différents en cas d’injection avec du DHA. Si la prolifération cardiaque n'est pas affectée par cette molécule, la cinétique du processus inflammatoire cependant semble modifiée. En effet, la phase pro-inflammatoire commence plus tôt et se résout plus rapidement. L'expression de la molécule anti-inflammatoire TGF- est également augmentée, ce qui suggère que les macrophages adoptent un profil anti-inflammatoire plus tôt, préparant ainsi la zone à la phase de régénération. Dans cette étude, nous avons exploré les mécanismes de surface qui sous-tendent l'action du DHA dans un contexte de régénération. Pour ce faire nous nous sommes concentrées sur le type cellulaire qui participe majoritairement à l’inflammation : les macrophages. Nous avons mis en place un modèle d’inflammation in vitro qui a permis de confirmer les effets anti-inflammatoires du DHA, montrant un switch phénotypique des macrophages. De plus, dans un contexte inflammatoire des espèces réactives de l’oxygène sont générées et relarguées par les macrophages, pouvant induire la production de métabolites non-enzymatiques oxygénés à partir du DHA, cette molécule étant sensible à l’oxydation. Le screening de ces métabolites oxydés non enzymatiques vise à déceler des molécules d’intérêt qui pourront être testées dans un contexte de régénération cardiaque.

Cardiovascular disease is the leading cause of death in the Western world, largely due to the almost non-existent capacity for cardiac regeneration in adult mammals. However, unlike mammals, certain species such as zebrafish are capable of lifelong cardiac regeneration, enabling perfect anatomical and functional restoration of the organ without scarring. Current pharmacotherapy in humans only offers strategies to reduce mortality, so understanding the mechanisms governing cardiac regeneration is crucial to developing alternative therapies. At the same time, several studies have demonstrated the cardiac benefits of omega-3 polyunsaturated fatty acid (PUFAs) supplementation. In fact, omega-3 PUFAs and their metabolites (resolvins, protectins, maresins, neuroprostanes, etc.) have anti-inflammatory properties and could therefore modulate the inflammatory process essential for optimal heart regeneration. The aim of all this work is to gain a deeper understanding of the cardiac tissue repair process in zebrafish in the presence of docosahexaenoic acid (DHA) (and its non-enzymatic metabolites), a molecule known for its pleiotropic action: antiarrhythmic, anti-inflammatory and anti-apoptotic. The introduction of electrocardiogram (ECG) recording enabled us to characterize the cardiac parameters and singularities associated with this model, in order to gain a better understanding of the ECG modifications induced during cardiac regeneration. Indeed, the study of the ECG on this model enabled us to compare different recording configurations, highlighting that the exposed heart configuration enabled optimal detection of all ECG entities and an excellent signal-to-noise ratio. In addition, we were able to describe the effects of changes in osmolarity or temperature on this model, demonstrating that hypothermia slowed electrical signal conduction. Subsequently, the ECG approach showed that ventricular electrical activity recovered more rapidly in a regenerative context, suggesting that the underlying cellular mechanisms are different when injected with DHA. While cardiac proliferation is unaffected by DHA, the kinetics of the inflammatory process appear to be altered. The pro-inflammatory phase begins earlier and resolves more rapidly. Expression of the anti-inflammatory molecule TGF- is also increased, suggesting that macrophages adopt an earlier anti-inflammatory profile, preparing the area for the regeneration phase. In this study, we explored the surface mechanisms underlying the action of DHA in a regenerative context. To this end, we focused on the cell type that is most involved in inflammation: macrophages. We set up an in vitro inflammation model which confirmed the anti-inflammatory effects of DHA, showing a phenotypic switch in macrophages. Moreover, in an inflammatory context, reactive oxygen species are generated and released by macrophages, which can induce the production of non-enzymatic oxygenated metabolites from DHA, this molecule being sensitive to oxidation. The screening of these non-enzymatic oxidized metabolites aims to identify molecules of interest that could be tested in a cardiac regeneration context.