Effect nitric oxide inhale on the developing brain of rats
Effets du monoxyde d'azote inhalé sur le cerveau en développement chez le raton
Résumé
Inhaled nitric oxide (iNO) is one of the most promising therapies used in neonates, but littlei known about its effect on the developing brain. We explored the effects of iNO on developing brain in rodent pups, and pathway involved in iNO remote effects. Rat pups and their mothers were placed in a chamber containing 5 to 20 ppm of NO for 7 days after birth. Extensive serum analysis, immunochemistry, RT-PCR analysis, were performed Neonatal exposure to iNO was associated with a transient increase in central nervous system myelination and angiogenesis in rats, without any behavioral consequences in adulthood. Exposure to iNO was associated with a proliferative effect on immature oligodendrocytes and a subsequent promaturational effect. The role of endogenous NO in myelination was investigated in animals treated with the nitric oxides synthase inhibitor N-nitro-L- arginine methyl ester (L-NAME) in the neonatal period ; this led to protracted myelination defects and subsequent behavioral deficits in adulthood. These effects were reversed by rescuing L-NAME-treated animals with iNO. We challenged animals with intracranial injection of glutamate agonists. At P10, rat pups exposed to iNO exhibited a significant decrease of lesion size in both the white matter and cortical plate compared to controls. Microglia activation and astrogliosis were found significantly decreased in NO-exposed animals. This neuroprotective effect was associated with a significantdecrease of several glutamate receptor subunits expression at P5. iNO was associated with an early(P1) downregulation of pCREB/pAkt expression and induced an increase in pAkt proteinconcentration in response to excitotoxic challenge (P7) Those effects were related to a release of NOto the cells, and a rise of cGMP intracellular concentration. Several transcription factor wereregulated, namely PDGFR-α, Sema3F, TSP-1, glutamate receptors subunits, Thrombospondin-1. Thelatter was responsible for NO pathway regulation, and injection of TSP-1 agonist (AbT-510) abolishediNO remote effects. iNO remote effects are not associated VEGF concentration increase nor VEGFRstimulation, as VEGF-R antagonist SU54-16 failed to abolish iNO effects on angiogenesis andmyelination. Moreover iNO reverses severe myelination and angiogenesis defects induced by this SU-5416. Thus, we demonstrate transport and considerable remote effect of iNO on angiogenesis andmyelination in rodents. Those effects are related to an enhancement of cGMP pathway, regulated byTSP-1, and transcriptional effects. Moreover we described and investigated the neuroprotectiveeffect of iNO in neonatal excitotoxic-induced brain damage. These data point to potential newavenues for neuroprotection in human perinatal brain damage.
L’inhalation de monoxyde d’azote (NO) est l’une des thérapies les plus utilisées en réanimation néonatale. Cependant, peu de données sont disponibles sur l’impact de l’inhalation de NO sur le développement cérébral et le devenir des enfants prématurés. Nous avons étudié l’impact du monoxyde d’azote inhalé (iNO) sur le cerveau en développement chez le rongeur. Des portées et leur mère sont placés sous 5 à 20 ppm de NO de la naissance (P0) jusqu’au 7ème jour de vie postnatal (P7). Les animaux exposés au NO présentent une augmentation transitoire de l’angiogenèse et de la myélinisation, sans incidence sur les fonctions cognitives à l’âge adulte. L’exposition au NO est associée à une prolifération d’oligodendrocytes immatures et à une maturation anticipée des formes myélinisantes. Les rôles du NO endogène et du couple VEGF/VEGFR2 dans ces effets ont été évalués via l’injection d’antagonistes : LNAME pour inhiber les NOS, SU-5416 comme antagoniste du VEGFR2. Dans les deux cas, l’inhalation de NO corrige les anomalies de myélinisation et d’angiogenèse induites par ces inhibiteurs. Nous avons soumis des ratons à une agression excitotoxique par injection intracérébrale d’agonistes du glutamate. A P10 les rats exposés au iNO avant l’injection présentent des lésions moins importantes ; ainsi qu’un diminution de densité des microglies activées et des astrocytes. Cet effet neuroprotecteur est associé à une régulation de sous-unités des récepteurs au glutamate dès P5. Cet effet transcriptionnel semble lié à la modulation de la signalisation pCREB/Akt. Les effets à distance du iNO sont liés à un transport réversible endovasculaire du NO. In fine, du NO est delivré à la cellule et les concentrations intracellaires de cGMP augmentent d’un facteur 5. Plusieurs facteurs de transcription sont régulés : PDGFR-α, Sema3F, les sous-unités des récepteurs au glutamate, Thrombospondine-1. Cette dernière est un antagoniste naturel de la signalisation NO-cGMP. L’injection de ABT-510, agoniste de TSP-1, abolit les effets du iNO, confirmant l’hypothèse que les effets à distance reposent sur la signalisation NO-Guanylate Cyclase soluble-cGMP. Au total, nous avons démontré que le iNO est transporté de manière réversible et delivré au cerveau en développement. Il y exerce un effet pro-angiogénique et pro-myélinisant, via une signalisation cGMP, régulée par la thrombospondine-1. Plus encore, l’exposition prophylactique au iNO diminue l’impact d’une agression excitotoxique. Ce qui augure de propriétés neuroprotectrices prometteuses en néonatalogie, et au delà.
Origine : Version validée par le jury (STAR)