Ecole Doctorale

Sciences de la Vie et de la Santé

Spécialité

Biologie-Santé - Spécialité Neurosciences

Etablissement

Aix-Marseille Université

Mots Clés

neurosciences,neurogenèse,neuroinflammation,microglie,plasticité synaptique,troubles de la mémoire

Keywords

neurosciences,neurogenesis,neuroinflammation,microglia,synaptic plasticity,memory impairments

Titre de thèse

Rôle du dérèglement de l’homéostasie des ions chlorures sur l’inflammation induite dans un modèle de traumatisme crânien
Role of dysregulated chloride ion homeostasis on induced inflammation in a head injury model

Date

Mardi 7 Décembre 2021 à 14:00

Adresse

Inmed UMR1249 Parc scientifique de Luminy 163 avenue de Luminy BP13 - 13273 Marseille cedex 09 - France Salle de conférence

Jury

Directeur de these M. Claudio RIVERA Aix Marseille Université
Rapporteur Mme Sabine LéVI Institut du fer à moulin
Rapporteur M. Gilles HUBERFELD Collège de France
Examinateur Mme Agnès NADJAR Université de Bordeaux
CoDirecteur de these M. Christophe PELLEGRINO Aix Marseille Université
Examinateur M. Valery MATARAZZO Aix Marseille Université

Résumé de la thèse

Les traumatismes crâniens (TC) touchent chaque année plus de 10 millions de personnes dans le monde. L'impact économique des TC est estimé chaque année, pour les États-Unis, à plus de 221 milliards de dollars, et à plus de 33 milliards d'euros en Europe (Gustavsson et al., 2011), ce en fait un problème de santé publique majeur. Le TC suit un processus dynamique, dont l'évolution temporelle se divise en deux phases : Une première phase principalement due à des lésions physiques responsables de modifications cellulaires, puis une seconde phase, plus tardive, au cours de laquelle peuvent apparaitre des troubles de la mémoire, ainsi que de l'épilepsie et la dépression (Nicholl et LaFrance, 2009). Il a été proposé que le maintien des concentrations intracellulaires d’ion chlorure par des transporteurs spécifiques (NKCC1 et KCC2) joue un rôle majeur dans le bon fonctionnement de l'inhibition cérébrale et dans la prévention de l'hyperexcitabilité, de la mort neuronale et de l'inflammation induites par le traumatisme. En utilisant un modèle d'impact cortical contrôlé (CCI) sur des souris, le but de ce travail est d’évaluer les conséquences à long terme du TC sur la neuroinflammation et les fonctions cognitives. Nous avons montré une altération de la mémoire de travail et de la mémoire épisodique 1 mois après le TC. Le traitement des souris par la bumétanide, un antagoniste de NKCC1, a permis de réduire considérablement l'apparition de ces troubles de la mémoire. Dans la lignée de nos récentes découvertes (Goubert et al., 2019), nous avons montré que la lésion entraîne une altération de la neurogenèse secondaire de l'hippocampe : une accumulation des radial glial-like cell mais une diminution de la production neuronale. Nous avons également décrit une perte massive d'interneurones à parvalbumine dès trois jours après le traumatisme. Nous avons pu relier cette perte d'interneurones avec les altérations de neurogenèse secondaire que nous avons observés et avec une diminution de la surveillance des cellules microgliale. A partir de ces observations, nous avons montré que le traitement au bumétanide influençait l'activation des cellules microgliales en induisant une polarisation vers le phénotype pro-inflammatoire M1, 3 jours post-CCI et le phénotype anti-inflammatoire M2, 7 jours post-CCI. Cette étude se concentre sur la façon dont la régulation de l'homéostasie des ions chlorures influence les cellules gliales. Pour la première fois, nous montrons que le ciblage du co-transporteur d’ions chlorure NKCC1 peut agir sur la cinétique d'activation des cellules microgliales. Nous décryptons ainsi une voie supplémentaire pour comprendre les mécanismes d'action de la bumétanide et pour comprendre comment les séquelles à long terme sont liées à la neuroinflammation après un TC, dans le but de mettre en place un traitement plus complet et plus efficace.

Thesis resume

Traumatic brain injury (TBI) affects more than 10 million people worldwide each year. The economic impact of TBI is estimated annually, for the United States at more than $221 billion, and more than 33 billion Euros in Europe (Gustavsson et al., 2011), altogether putting TBI as a major public health concern. TBI is a dynamic process, with a temporal course dividing in two phases: An initial phase mainly drives by physical lesions responsible for cellular modifications and then a second phase, delayed in time during which appear memory impairment, together with epilepsy and depression (Nicholl and LaFrance, 2009). It has been proposed that maintenance of intracellular chloride concentrations by specific transporters (NKCC1 and KCC2) plays a major role in the proper functioning of brain inhibition and in the prevention of trauma-induced hyperexcitability, neuronal death and inflammation. Using a controlled cortical impact (CCI) model on mice, we want to assess long term consequences of TBI on neuroinflammation and cognitive functions. The lesion is located at the level of the parietal cortex of 8-weeks old mice. We showed impairment in working and episodic memory 1-month post TBI. Treatment of mice using bumetanide, an antagonist of NKCC1, showed a potent action in preventing the occurring of these memory disorders. In the track of recent findings we made (Goubert et al., 2019), we showed that the injury leads to imbalance in the hippocampal secondary neurogenesis in favor of radial glia like cells pool with decrease in neuronal production. Also, we described a massive loss of parvalbumin-containing interneurons already three days after the trauma. We were able to link this interneurons’ loss with the secondary neurogenesis changes we observed and with a decrease of microglia cells surveillance. From these observations, we showed that bumetanide treatment influences microglial cell activation inducing polarization towards the proinflammatory phenotype M1, 3 days post-CCI and the anti-inflammatory phenotype M2, 7 days post-CCI. This study focuses on how chloride homeostasis regulation influences glial cells. For the first time, we show that targeting the chloride co-transporter NKCC1 may act on the activation kinetics of microglial cells. We are thus deciphering an additional pathway to understand the mechanisms of bumetanide action and to understand how long-term sequelae are linked to neuroinflammation after TBI, with the aim of implementing a more complete and effective treatment.