Involvement of reactive oxygen species in the central control of osmoregulation
Implication des espèces réactives de l'oxygène dans le contrôle central de l'osmorégulation
Résumé
Among the various functions of the hypothalamo-neurohypophyseal system, it is particularly at stake in the control pathways of plasma osmolality and is especially stimulated during dehydration of the body. This system receives peripheral afferents, such as those from the carotid sinus, but also information intrinsic to the central nervous system (CNS) from circumventricular organs. The control system of osmoregulation gets through these structures and information such as plasma osmolality may be quickly assessed to adjust the level of release of arginine vasopressin (AVP), an anti-diuretic hormone that controls the reabsorption of water in the kidney. The supraoptic nucleus (SON), composed of magnocellular neurons synthesizing AVP, thus receives many afferents that modulate its activity, such as afferents involving noradrenaline (NA), as well as aminoacidergic afferents that release glutamate, aspartate and GABA. Our team is interested in the mechanisms regulating the expression and release of AVP by noradrenergic afferents. The effect of norepinephrine passes through a nitrergic pathway (NO) to control the expression of AVP (Grange-Messent et al, 2004). In addition, the work of S. Parsadaniantz Malik and his team have shown that the expression of chemokines, including chemokine SDF1 and its receptor CXCR4, increased during dehydration (Callewaere et al., 2006). This demonstration of the presence of chemokines in the magnocellular neurons and their involvement in dehydration and the results we obtained on NO suggests that inflammatory mediators are endogenous signalling molecules involved in the signalling chain involved in osmoregulation. The objective of this thesis is to focus on the oxidative metabolism in the magnocellular nuclei, since in the process of post-lesional plasticity, changes in the expression of inflammatory mediators are accompanied by changes in the metabolism and the production of free radicals or reactive oxygen species (ROS). Our study model is the adult C3H/HeJ mice subjected to plasma hyperosmolarity. This paradigm is known to stimulate the osmoregulatory axis and to cause an increase in AVP without causing stress. In the case of a chronic hyperosmolar stimulation, the results show that upon activation of the osmoregulatory axis, demonstrated by the expression of the protein c-Fos, AVP synthesis is accompanied by a production of ROS, taken in charge by superoxide dismutase type 2 (SOD 2) and catalase. Measurements of plasma osmolality indicate that osmoregulatory response exerted by AVP is set up gradually and only after 8 days of osmotic stimulation, the system returns to the control level showing a new allostatic state. In the case of an acute hyperosmolar stimulation, ROS were produced in the early phase of hyperosmolarity demonstrated by the expression of c-Fos, and are taken in charge by SOD 2 and catalase. In addition, the production of ROS is essential for the increase in AVP synthesis in response to plasma hyperosmolarity, since the presence of an antioxidant, alpha-lipoic acid (ALA) administered by osmotic stimulation, there is an inhibition of AVP synthesis. The second part of my thesis seeks to determine the role of ROS in the control exerted by the noradrenergic afferents via the nitric oxide (NO). The results show that transgenic mice TG8, which have high rates in NA in the CNS, have levels of ROS production in the NSO higher than their non-transgenic controls, C3H/HeJ mice, giving an indication that noradrenergic pathway is involved in vivo. To confirm the role of ROS in the noradrenergic signaling pathway, we analyzed ex vivo the effect of NA on hypothalamic slices maintained in survival. This allowed us also to further clarify the relative contributions of NO and ROS in the noradrenergic regulation of the expression of AVP. These results demonstrate for the first time the importance of ROS as endogenous signal molecules involved in osmotic regulation. From this study, a new and original role of ROS as mediators of physiological intracellular signaling pathways emerges.
Parmi les différentes fonctions du système hypothalamo-neurohypophysaire, il est notamment mis en jeu dans les voies de contrôle de l'osmolalité plasmatique et il est en particulier stimulé lors d'une déshydratation de l'organisme. Ce système reçoit des afférences provenant de la périphérie, telles que celles issues du sinus carotidien, mais aussi des informations intrinsèques au système nerveux central (SNC) en provenance de certains organes circumventriculaires. Le système de contrôle de l'osmorégulation passe par ces structures et des informations telles que l'osmolalité plasmatique peuvent être rapidement intégrées pour adapter le niveau de libération de l'arginine-vasopressine (AVP), hormone anti-diurétique qui contrôle la réabsorption de l'eau au niveau du néphron. Le noyau supraoptique (NSO), où siègent les neurones magnocellulaires synthétisant l'AVP, reçoit donc de nombreuses afférences qui modulent son activité, telles que des afférences impliquant la noradrénaline (NA), majoritaires, ainsi que des afférences aminoacidergiques qui libèrent le glutamate, l'aspartate et le GABA. Notre équipe s'intéresse aux mécanismes de régulation de l'expression et de libération d'AVP par les afférences noradrénergiques. L'effet de la noradrénaline passe par une voie nitrergique (NO) pour le contrôle de l'expression de l'AVP (Grange-Messent et al, 2004). Par ailleurs, les travaux de S. Mélik-Parsadaniantz et de son équipe ont démontré que l'expression des chimiokines, notamment la chimiokine SDF1 ainsi que son récepteur CXCR4, augmentait au cours de la déshydratation (Callewaere et al., 2006). La démonstration de la présence de chimiokines dans les neurones magnocellulaires et de leur implication au cours de la déshydratation ainsi que les résultats que nous avons obtenus sur le NO suggèrent que les médiateurs inflammatoires sont des molécules de signalisation endogènes qui participent à la chaîne de signalisation mise en jeu lors de l'osmorégulation. L'objectif de la thèse est de s'intéresser au métabolisme oxydatif dans les noyaux magnocellulaires puisque, dans les processus de plasticité post-lésionnels, les modifications de l'expression des médiateurs inflammatoires sont accompagnées de modifications de ce métabolisme et de la production de radicaux libres qualifiés d'espèces réactives de l'oxygène (EROs). Notre modèle d'étude est la souris C3H/HeJ adulte soumise à une hyperosmolarité plasmatique. Ce paradigme est connu pour stimuler l'axe osmorégulateur et pour causer une augmentation de l'AVP sans provoquer de stress. Dans le cas d'une stimulation hyperosmolaire chronique, les résultats obtenus montrent que lors de l'activation de l'axe osmorégulateur, démontrée par l'expression de la protéine c-fos, la synthèse d'AVP est accompagnée d'une production d'EROs, prise en charge par la superoxyde dismutase de type 2 (SOD 2) et la catalase. Les mesures de l'osmolalité plasmatique montrent que la réponse osmorégulatrice exercée par l'AVP se met en place progressivement et qu'après 8 jours de stimulation osmotique, le système retourne au niveau contrôle montrant un nouvel équilibre allostatique. Dans le cas d'une stimulation hyperosmolaire aiguë, les EROs sont produits dès la phase précoce de l'hyperosmolarité démontrée par l'expression de c-fos, et sont pris en charge par la SOD 2 et la catalase. De plus, cette production d'EROs est indispensable à l'augmentation de synthèse d'AVP en réponse à une hyperosmolarité plasmatique, puisqu'en présence d'un antioxydant, l'acide -lipoïque (AAL) administré avant la stimulation osmotique, il y a une inhibition de la synthèse de novo d'AVP. La deuxième partie de ma thèse cherche à déterminer la place des EROs dans le contrôle exercé par les afférences noradrénergiques via le monoxyde d'azote (NO). Les résultats obtenus montrent que les souris transgéniques Tg8, qui présentent des taux élevés en NA dans le SNC, ont des niveaux de production d'EROs dans le NSO plus élevés que leurs contrôles non transgéniques, les souris C3H/HeJ, donnant une indication que la voie noradrénergique est impliquée in vivo. Afin de confirmer la place des EROs dans la voie de signalisation noradrénergique, nous avons analysé ex vivo l'effet de la NA sur des tranches d'hypothalamus maintenues en survie. Ceci nous a permis également de préciser plus avant les contributions respectives du NO et des EROs dans la voie de régulation noradrénergique de l'expression de l'AVP. Ces résultats démontrent pour la première fois l'importance des EROs comme signaux endogènes dans la voie de régulation osmotique. Il permet de faire émerger un rôle nouveau et original des EROs en tant que médiateurs physiologiques des voies de signalisation intracellulaires.