Hypoxie-ischémie cérébrale néonatale : rôle de la voie de JNK et implication de l'autophagie dans la mort neuronale

Résumé : Malgré les immenses progrès réalisés depuis plusieurs années en médecine obstétricale ainsi qu'en réanimation néonatale et en recherche expérimentale, l'asphyxie périnatale, une situation de manque d'oxygène autour du moment de la naissance, reste une cause majeure de mortalité et de morbidité neurologique à long terme chez l'enfant (retard mental, paralysie cérébrale, épilepsie, problèmes d'apprentissages) sans toutefois de traitement pharmacologique réel. La nécessité de développer de nouvelles stratégies thérapeutiques pour les complications de l'asphyxie périnatale est donc aujourd'hui encore essentielle. Le but général de ce travail est l'identification de nouvelles cibles thérapeutiques impliquées dans des mécanismes moléculaires pathologiques induits par l'hypoxie-ischémie (HI) dans le cerveau immature. Pour cela, le modèle d'asphyxie périnatale (proche du terme) le plus reconnu chez le rongeur a été développé (modèle de Rice et Vannucci). Il consiste en la ligature permanente d'une artère carotide commune (ischémie) chez le raton de 7 jours combinée à une période d'hypoxie à 8% d'oxygène. Il permet ainsi d'étudier les lésions de type hypoxique-ischémique dans différentes régions cérébrales dont le cortex, l'hippocampe, le striatum et le thalamus. La première partie de ce travail a abordé le rôle de deux voies de MAPK, JNK et p38, après HI néonatale chez le raton à l'aide de peptides inhibiteurs. Tout d'abord, nous avons démontré que D-JNKI1, un peptide inhibiteur de la voie de JNK présentant de fortes propriétés neuroprotectrices dans des modèles d'ischémie cérébrale adulte ainsi que chez le jeune raton, peut intervenir sur différentes voies de mort dont l'activation des calpaïnes (marqueur de la nécrose précoce), l'activation de la caspase-3 (marqueur de l'apoptose) et l'expression de LC3-II (marqueur de macroautophagie). Malgré ces effets positifs le traitement au D-JNKI1 ne modifie pas l'étendue de la lésion cérébrale. L'action limitée de D-JNKI1 peut s'expliquer par une implication modérée des JNKs (faiblement activées et principalement l'isotype JNK3) après HI néonatale sévère. Au contraire, l'inhibition de la voie de nNOS/p38 par le peptide DTAT-GESV permet une augmentation de 20% du volume du tissu sain à court et long terme. Le second projet a étudié les effets de l'HI néonatale sur l'autophagie neuronale. En effet, l'autophagie est un processus catabolique essentiel au bien-être de la cellule. Le type principal d'autophagie (« macroautophagie » , que nous appellerons par la suite « autophagie ») consiste en la séquestration d'éléments à dégrader (protéines ou organelles déficients) dans un compartiment spécialisé, l'autophagosome, qui fusionne avec un lysosome pour former un autolysosome où le contenu est dégradé par les hydrolases lysosomales. Depuis peu, l'excès ou la dérégulation de l'autoptiagie a pu être impliqué dans la mort cellulaire en certaines conditions de stress. Ce travail démontre que l'HI néonatale chez le raton active fortement le flux autophagique, c'est-à-dire augmente la formation des autophagosomes et des autolysosomes, dans les neurones en souffrance. De plus, la relation entre l'autophagie et l'apoptose varie selon la région cérébrale. En effet, alors que dans le cortex les neurones en voie de mort présentent des caractéristiques mixtes apoptotiques et autophagiques, ceux du CA3 sont essentiellement autophagiques et ceux du CA1 sont principalement apoptotiques. L'induction de l'autophagie après HI néonatale semble donc participer à la mort neuronale soit par l'enclenchement de l'apoptose soit comme mécanisme de mort en soi. Afin de comprendre la relation pouvant exister entre autophagie et apoptase un troisième projet a été réalisé sur des cultures primaires de neurones corticaux exposés à un stimulus apoptotique classique, la staurosporine (STS). Nous avons démontré que l'apoptose induite par la STS était précédée et accompagnée par une forte activation du flux autophagique neuronal. L'inhibition de l'autophagie de manière pharmacologique (3-MA) ou plus spécifiquement par ARNs d'interférence dirigés contre deux protéines autophagiques importantes (Atg7 et Atg5) a permis de mettre en évidence des rôles multiples de l'autophagie dans la mort neuronale. En effet, l'autophagie prend non seulement part à une voie de mort parallèle à l'apoptose pouvant être impliquée dans l'activation des calpaïnes, mais est également partiellement responsable de l'induction des voies apoptotiques (activation de la caspase-3 et translocation nucléaire d'AIF). En conclusion, ce travail a montré que l'inhibition de JNK par D-JNKI1 n'est pas un outil neuroprotecteur efficace pour diminuer la mort neuronale provoquée par l'asphyxie périnatalé sévère, et met en lumière deux autres voies thérapeutiques beaucoup plus prometteuses, l'inhibition de nNOS/p38 ou de l'autophagie. ABSTRACT : Despite enormous progress over the last«decades in obstetrical and neonatal medicine and experimental research, perinatal asphyxia, a situation of lack of oxygen around the time of the birth, remains a major cause of mortality and long term neurological morbidity in children (mental retardation, cerebral palsy, epilepsy, learning difficulties) without any effective treatment. It is therefore essential to develop new therapeutic strategies for the complications of perinatal asphyxia. The overall aim of this work was to identify new therapeutic targets involved in pathological molecular mechanisms induced by hypoxia-ischemia (HI) in the immature brain. For this purpose, the most relevant model of perinatal asphyxia (near term) in rodents has been developed (model of Rice and Vannucci). It consists in the permanent ligation of one common carotid artery (ischemia) in the 7-day-old rat combined with a period of hypoxia at 8% oxygen. This model allows the study of the hypoxic-ischemic lesion in different brain regions including the cortex, hippocampus, striatum and thalamus. The first part of this work addressed the role of two MAPK pathways (JNK and p38) after rat neonatal HI using inhibitory peptides. First, we demonstrated that D-JNKI1, a JNK peptide inhibitor presenting strong neuroprotective properties in models of cerebral ischemia in adult and young rats, could affect different cell death mechanisms including the activation of calpain (a marker of necrosis) and caspase-3 (a marker of apoptosis), and the expression of LC3-II (a marker of macroautophagy). Despite these positive effects, D-JNKI1 did not modify the extent of brain damage. The limited action of D-JNKI1 can be explained by the fact that JNKs were only moderately involved (weakly activated and principally the JNK3 isotype) after severe neonatal HI. In contrast, inhibition of nNOS/p38 by the peptide D-TAT-GESV increased the surviving tissue volume by around 20% at short and long term. The second project investigated the effects of neonatal HI on neuronal autophagy. Indeed, autophagy is a catabolic process essential to the well-being of the cell. The principal type of autophagy ("macroautophagy", that we shall henceforth call "autophagy") involves the sequestration of elements to be degraded (deficient proteins or organelles) in a specialized compartment, the autophagosome, which fuses with a lysosome to form an autolysosome where the content is degraded by lysosomal hydrolases. Recently, an excess or deregulation of autophagy has been implicated in cell death in some stress conditions. The present study demonstrated that rat neonatal HI highly enhanced autophagic flux, i.e. increased autophagosome and autolysosome formation, in stressed neurons. Moreover, the relationship between autophagy and apoptosis varies according to the brain region. Indeed, whereas dying neurons in the cortex exhibited mixed features of apoptosis and autophagy, those in CA3 were primarily autophagíc and those in CA1 were mainly apoptotic. The induction of autophagy after neonatal HI seems to participate in neuronal death either by triggering apoptosis or as a death mechanism per se. To understand the relationships that may exist between autophagy and apoptosis, a third project has been conducted using primary cortical neuronal cultures exposed to a classical apoptotic stimulus, staurosporine (STS). We demonstrated that STS-induced apoptosis was preceded and accompanied by a strong activation of neuronal autophagic flux. Inhibition of autophagy pharmacologically (3-MA) or more specifically by RNA interference directed against two important autophagic proteins (Atg7 and AtgS) showed multiple roles of autophagy in neuronal death. Indeed, autophagy was not only involved in a death pathway parallel to apoptosis possibly involved in the activation of calpains, but was also partially responsible for the induction of apoptotic pathways (caspase-3 activation and AIF nuclear translocation). In conclusion, this study showed that JNK inhibition by D-JNKI1 is not an effective neuroprotective tool for decreasing neuronal death following severe perinatal asphyxia, but highlighted two more promising therapeutic approaches, inhibition of the nNOSlp38 pathway or of autophagy.

Thrombose veineuse cérébrale après ponction lombaire et stéroïdes intraveineux chez deux patients souffrant d'une sclérose en plaques [Cerebral venous thrombosis after lumbar puncture and intravenous steroids in two patients with multiple sclerosis]

Two patients affected with a multiple sclerosis developed cerebral venous thrombosis after lumbar puncture and treatment with intravenous methylprednisolone. In one case, the course was favorable. The second patient died in spite of intracerebral thrombolysis. The autopsy confirmed the diagnosis of cerebral venous thrombosis and multiple sclerosis. We discuss the relationship between lumbar puncture, steroid treatment and cerebral venous thrombosis.

Hommes et femmes: la même organisation cérébrale ? [Men and women: the same cerebral organisation ?]

Des différences entre les hommes et les femmes en ce qui concerne la taille du cerveau, les compétences dans des domaines particuliers et la récupération suite aux lésions cérébrales ont soulevé la question des dissimilitudes d'organisation cérébrale entre les deux sexes. Interprétée tout d'abord comme touchant à la latéralisation des fonctions cognitives, cette différence se révèle aujourd'hui davantage liée au fonctionnement des réseaux neuronaux.

Frequency-dependent attenuation as a potential indicator of oil saturation

At seismic frequencies, wave-induced fluid flow is a major cause of P-wave attenuation in partially saturated porous rocks. Attenuation is of great importance for the oil industry in the interpretation of seismic field data. Here, the effects on P-wave attenuation resulting from changes in oil saturation are studied for media with coexisting water, oil, and gas. For that, creep experiments are numerically simulated by solving Biot's equations for consolidation of poroelastic media with the finite-element method. The experiments yield time-dependent stress?strain relations that are used to calculate the complex P-wave modulus from which frequency-dependent P-wave attenuation is determined. The models are layered media with periodically alternating triplets of layers. Models consisting of triplets of layers having randomly varying layer thicknesses are also considered. The layers in each triplet are fully saturated with water, oil, and gas. The layer saturated with water has lower porosity and permeability than the layers saturated with oil and gas. These models represent hydrocarbon reservoirs in which water is the wetting fluid preferentially saturating regions of lower porosity. The results from the numerical experiments showed that increasing oil saturation, connected to a decrease in gas saturation, resulted in a significant increase of attenuation at low frequencies (lower than 2 Hz). Furthermore, replacing the oil with water resulted in a distinguishable behavior of the frequency-dependent attenuation. These results imply that, according to the physical mechanism of wave-induced fluid flow, frequency-dependent attenuation in media saturated with water, oil, and gas is a potential indicator of oil saturation.

Relation entre glucose cérébral et systémique chez le sujet neurolésé: une étude par microdialyse cérébrale

Introduction: Le glucose est le principal substrat énergétique cérébral. Sa concentration dans le cerveau est étroitement liée à la glycémie. Chez le patient neurolésé, du fait de l'augmentation des besoins énergétiques, les réserves cérébrales de glucose sont limitées. Une glycémie suffisamment élevée paraît nécessaire pour assurer un apport adéquat de glucose au cerveau. Objectifs : Le but de cette étude est de mieux comprendre la relation entre glucose cérébral et glycémie lors de lésion cérébrale en analysant la physiologie cérébrale chez des patients neurolésés. Plus précisément nous investiguerons: La relation entre le glucose cérébral et le glucose systémique et son association avec le pronostic vital, l'association entre la neuroglucopénie et différents paramètres cérébraux tel que l'hypertension intracrânienne (HTIC) ou la dysfonction énergétique et finalement l'effet d'une perfusion de glucose 10% sur le glucose cérébral lors d'état de neuroglucopénie. Méthodologie : Analyse d'une base de données prospective comportant des patients souffrant d'un traumatisme crânio-cérébral (TCC) ou une hémorragie sous- arachnoïdienne (HSA) sévères. Les patients comateux sont monitorés par un dispositif intra-parenchymateux avancé, comprenant un cathéter de microdialyse cérébrale et un capteur de PbO2. Résultats : 34 patients consécutifs (moyenne d'âge 42 ans, moyenne de temps jusqu'au début du monitoring : 1.5 jours ± 1 ; moyenne de la durée maximale du monitoring : 6 jours ± 3) ont été étudiés, 25 patients souffrant d'un TCC et 9 patients avec une HSA. Nous avons obtenu une corrélation individuelle entre le glucose cérébral et la glycémie chez 52.9 % des patients. Lorsque la glycémie est inférieure à 5 mmol/l, on observe plus fréquemment des épisodes de neuroglucopénie en comparaison aux valeurs intermédiaires de glycémie (5 - 9.9 mmol/l). Les épisodes d'HTIC (pression intracrânienne (PIC) > 20 mmHg) sont plus fréquemment associés à des épisodes de neuroglucopénie que lorsque la pression intracrânienne est normale 75 % vs. 35%. La dysfonction énergétique est plus souvent associés à des épisodes de neuroglucopénie que lorsque le LPR est normal: 55% contre 36%. Un coefficient de corrélation entre glucose cérébral et glycémie significativement plus élevé a été obtenu chez les survivants que chez les non-survivants (0.1 [interquartile range 0.02- 0.3] contre 0.32 [0.17-0.61]). Chez les patients neuroglucopéniques ayant une corrélation entre glucose cérébral et glycémie, la perfusion de glucose i.v. fait monter le glucose cérébral jusqu'à l'arrêt de la perfusion. Conclusion : Malgré une étroite relation entre glycémie et glucose cérébral en conditions stables, cette relation peut être altérée par des causes cérébrales chez les patients neurolésés montrant que la diminution de la disponibilité du glucose extracellulaire ne résulte pas uniquement d'une hypoglycémie relative mais également de causes cérébrales tel que l'hypoperfusion, l'HTIC ou la dysfonction énergétique.

La maturation cérébrale à l'adolescence [Adolescent brain maturation].

Recent progress in neuroscience has yielded major findings regarding brain maturation during adolescence. Unlike the body, which reaches adult size and morphology during this period, the adolescent brain is still maturing. The prefrontal cortex appears to be an important locus of maturational change subserving executive functions that may regulate emotional and motivational issues. The recent expansion of the adolescent period has increased the lag between the onset of emotional and motivational changes activated by puberty and the completion of cognitive development-the maturation of self-regulatory capacities and skills that are continuing to develop long after puberty has occurred. This "disconnect" predicts risk for a broad set of behavioral and emotional problems. Adolescence is a critical period for high-level cognitive functions such as socialization that rely on maturation of the prefrontal cortex. Intervention during the period of adolescent brain development provides opportunities and requires an interdisciplinary approach.

Retinal vessel oxygen saturation and its correlation with structural changes in retinitis pigmentosa.

PURPOSE: To study the influence of retinal structural changes on oxygen saturation in retinitis pigmentosa (RP) patients. METHODS: Oximetry measurements were performed on 21 eyes of 11 RP patients and compared to 24 eyes of 12 controls. Retinal oxygen saturation was measured in all major retinal arterioles (A-SO₂) and venules (V-SO₂) with an oximetry unit of the retinal vessel analyser (IMEDOS Systems UG, Jena, Germany). Oximetry data were compared with morphological changes measured by Cirrus optical coherence tomography (OCT) (Carl Zeiss Meditec, Dublin, CA, USA, macular thickness protocol). RESULTS: In RP patients, the retinal A-SO₂ and V-SO₂ levels were higher at 99.3% (p = 0.001, anova based on mixed-effects model) and 66.8% (p < 0.001), respectively, and the difference between the two (A-V SO₂) was lower at 32.5% (p < 0.001), when compared to the control group (92.4%; 54.0%; 38.4%, respectively). With the RP group, the A-V SO₂ correlated positively, not only with central macular thickness, but also with retinal thickness, in zones 2 and 3 (p = 0.006, p = 0.007, p = 0.014). CONCLUSION: These data indicate that oxygen metabolism was altered in RP patients. Based on our preliminary results, retinal vessel saturation correlated with structural alterations in RP. This method could be valuable in monitoring disease progression and evaluating a potential therapeutic response.

Sauerstoffsättigung der retinalen Gefässe bei hereditären Netzhauterkrankungen Retinal Vessel Oxygen Saturation in Patients Suffering from Inherited Diseases of the Retina.

Purpose: The aim of this study was to evaluate the oxygen saturation in patients with inherited diseases of the retina. Methods: Fundus oximetry images were taken using a retinal vessel analyser (IMEDOS Systems UG, Jena, Germany). Retinal vessel oximetry was performed in 53 eyes of 27 patients suffering from inherited retinal diseases and compared to 22 eyes of 11 healthy controls. The oxygen saturation in all four major retinal arterioles (A-SO2) and venules (V-SO2) were measured and their difference (A - V SO2) was calculated. The data were compared within groups and to controls. Results: Based on V-SO2 values, the rod-cone dystrophy group (66.46 %; SD, ± 5.09) could well be differentiated from controls 54.02 % (SD, ± 3.04), from cone-rod dystrophies 57.56 % (SD, ± 5.66), as well as from inherited maculopathies 58.42% (SD, ± 4.74). The mean A-SO2 in the rod-cone dystrophy group was increased to 98.96 % (SD, ± 6.06, p < 0.014), while in the cone-rod group and in the maculopathy group it was 92.75 % (SD, ± 3.75), respectively 94.44 % (SD ± 4.85), closer to the normal values (92.68 %; SD, ± 3.53, p > 0.05). The A - V SO2 difference, as an indirect indicator for retinal oxygen use, was reduced in the rod-cone patients, however only when the controls were taken into account (p = 0.01). Conclusion: This is to our knowledge the first study which proposes the retinal vessel oximetry to be a sensitive measure for differentiating rod-cone dystrophy patients not only from controls, but also from patients with other inherited retinal dystrophies.

Réplication cérébrale du VIH malgré une thérapie antirétrovirale efficace: impact clinique et prise en charge [Intracerebral HIV replication despite an efficient antiretroviral treatment: clinical impact and management].

Various neurological and neuropsychological manifestations are still relatively frequently reported in HIV infected patients in the highly active antiretroviral therapy era. A fraction of them could be related to HIV replication in the central nervous system (CNS) despite adequate peripheral viral suppression. This hypothesis is supported by numerous reports of detectable HIV RNA in the cerebrospinal fluid in the context of a low or undetectable viremia in association with neurological or neuropsychological complaints. In addition, some antiviral molecules may not achieve adequate levels in the CNS, thus potentially favoring intracerebral HIV replication and even antiretroviral resistance. Neurologic manifestations in the presence of CNS HIV replication often decrease after antiretroviral treatment CNS penetration optimization.

L'hémorragie cérébrale pour diminuer l'angoisse ? : une réflexion clinique et théorique sur la question de l'angoisse et de son apaisement

Le propos de cette thèse est de discuter la question de la causalité psychique dans les phénomènes d'angoisse, en partant d'un cas de notre pratique clinique. Notre patient est un jeune homme, victime d'une hémorragie sous-corticale frontale droite, qui présente principalement un hémisyndrome sensitivo-moteur gauche. De façon surprenante, un apaisement de son angoisse survient, alors qu'avant l'accident vasculaire ce symptôme était bien présent. A partir de ce cas et en prenant appui sur la littérature médicale et psychanalytique, nous tentons d'expliquer l'apaisement de l'angoisse. Finalement, nous proposons une manière d'appréhender et de soutenir les patients atteints d'un accident vasculaire cérébral, en particulier lorsqu'ils souffrent de symptômes de la lignée psychiatrique, une problématique qui s'observe fréquemment.

The branch-site test of positive selection is surprisingly robust but lacks power under synonymous substitution saturation and variation in GC

Positive selection is widely estimated from protein coding sequence alignments by the nonsynonymous-to-synonymous ratio omega. Increasingly elaborate codon models are used in a likelihood framework for this estimation. Although there is widespread concern about the robustness of the estimation of the omega ratio, more efforts are needed to estimate this robustness, especially in the context of complex models. Here, we focused on the branch-site codon model. We investigated its robustness on a large set of simulated data. First, we investigated the impact of sequence divergence. We found evidence of underestimation of the synonymous substitution rate for values as small as 0.5, with a slight increase in false positives for the branch-site test. When dS increases further, underestimation of dS is worse, but false positives decrease. Interestingly, the detection of true positives follows a similar distribution, with a maximum for intermediary values of dS. Thus, high dS is more of a concern for a loss of power (false negatives) than for false positives of the test. Second, we investigated the impact of GC content. We showed that there is no significant difference of false positives between high GC (up to similar to 80%) and low GC (similar to 30%) genes. Moreover, neither shifts of GC content on a specific branch nor major shifts in GC along the gene sequence generate many false positives. Our results confirm that the branch-site is a very conservative test.