Study of the mechanisms involved in the protective effects of endogenous ans exogenous PACAP on the brain of animals exposed to alcohol in a fetal alcohol syndrome (FAS) model
Etude des mécanismes impliqués dans les effets protecteurs du PACAP exogène et endogène sur le cerveau d'animaux exposés à l'alcool dans le modèle de syndrome d'alcoolisme foetal(SAF)
Résumé
Maternal alcohol consumption during pregnancy can cause serious birth defects leading to fetal alcohol syndrome (FAS). FAS is characterized among others by irreversible craniofacial abnormalities and atrophy of the developing brain, and leads to persistent functional deficits at adulthood. Pituitary adenylate cyclase-activating polypeptide (PACAP) exerts neurotrophic and neuroprotective properties in several cellular and animal models. As PACAP and its receptors are already present in the developing brain it suggests that this peptide could be protective in a model of prenatal ethanol exposure. Thus, the first part of this work consisted in evaluating the protective effect of endogenous and exogenous PACAP in a FAS model. Animal monitoring indicated that PACAP injections significantly reduced mortality and abortion rate in alcoholic pregnant mice. Morphological evaluation showed that embryos exposed in utero to daily ethanol injections had reduced body and brain size, and that this effect was partially blocked by intrauterine injections of PACAP. In the cerebral cortex, ethanol decreased the number of neurons, of activated glial cells and of disorganized blood vessels. This implies a very strong decrease in the expression of trophic factors, an increase in the level of oxygen species level and an activation of key apoptotic factors. Co-treatment of animals exposed to alcohol with PACAP partially reduced the atrophy of E18 embryos. While PACAP only reduced the thinning of the brain cortical layers, it blocked glial reactivity and protected micro-vessels disorganization induced by ethanol. This may come from the ability of PACAP to promote the expression of neurotrophic factors such as GDNF, FGF or VEGFa, to stop the oxidation of cellular constituents and to block the apoptotic cascade. We have also observed that ethanol very strongly repressed the expression of the PACAPergic system during embryonic development. Our hypothesis is that ethanol acts through activation of transcription factors such as Sp1. This strong decrease in the expression of PACAP, VIP and their 3 receptors could also explain part of the toxic effects of ethanol since brains from PACAP KO animals are less resistant than those from wild type animals. In addition, the injection of PACAP to alcoholic animals restored the expression of all the transcripts of the PACAPergic system excepted the one of VPAC1. These results probably explain the powerful antioxidant and antiapoptotic action of PACAP and its lack of effect on the inflammatory response. The second part of my work investigated the beneficial effects at adulthood of these PACAP treatments in our FAS model. Results show that brain cells from P30 animals exposed to ethanol and treated with PACAP during the embryonic period exhibit resistance to further stress compared to cells from animals only exposed to alcohol. This is accompanied by an inhibition of the high levels of oxidative stress found in the brains of animals exposed in utero to ethanol. At adulthood, these mice having suffered from prenatal ethanol exposure appear anxious and exhibit locomotor disorders which are significantly reduced in PACAP co-treated animals. Altogether, these data show that PACAP could be a biomarker for the detection of children with FAS and/or a powerful therapeutic agent to limit victims of prenatal ethanol exposure further developmental brain alterations, as well as of the secondary lesions observed in case of a new stress of the neurons at adulthood.
L’exposition à l’alcool pendant la vie embryonnaire peut provoquer un retard de croissance, des malformations congénitales, une dysmorphie crânio-faciale et/ou des lésions cérébrales, qui se traduisent à l’âge adulte par des déficits cognitifs et comportementaux. Ces déficiences irréversibles causées par une consommation excessive d’alcool pendant la grossesse conduisent à ce que l’on appelle communément le syndrome d’alcoolisation fœtale ou SAF. Le pituitary adenylate cyclase-activating polypeptide (PACAP), est un neuropeptide découvert initialement pour sa capacité à stimuler la formation d’adénosine monophosphate cyclique (AMPc) dans des cellules hypophysaires de rat en culture. Impliqué dans la régulation de nombreux processus physiologiques, ce neuropeptide exerce son action via l'activation de trois récepteurs couplés aux protéines G dénommés respectivement PAC1, VPAC1 et VPAC2. Le PACAP est doté de multiples actions physiologiques aussi bien sur le système nerveux central que sur les systèmes respiratoire, cardiovasculaire, digestif, immunitaire, reproducteur, etc. Le PACAP est principalement connu pour ses effets prodifférenciateurs et anti-apoptotiques sur divers types cellulaires de même que dans plusieurs modèles in vitro et in vivo. Ce peptide est également capable de traverser la barrière hématoencéphalique (BHE) pour ensuite aller au niveau du cerveau exercer ses propriétés neurotrophiques et neuroprotectrices permettant le contrôle de la prolifération, de la différenciation, de la migration et de la survie des cellules nerveuses. Le PACAP agit en exerçant, entre autres, une action anti-oxydante, anti-inflammatoire et anti-apoptotique. Ce peptide apparaît donc comme un candidat prometteur pour le traitement de diverses atteintes cérébrales multifactorielles telles qu’une exposition prénatale à l’alcool. Néanmoins, la capacité du PACAP à enrayer les dommages provoqués par une exposition in utero à l’éthanol sur le développement cérébral n’avait jamais été investiguée auparavant. La première partie de mon travail a consisté à évaluer l’effet protecteur du PACAP endogène et exogène dans un modèle de SAF. Pour cela, un modèle murin de SAF a été développé chez la souris gestante qui a reçu une injection quotidienne d’éthanol en intrapéritonéal (1,5 g/kg) pour exposer les fœtus à l’alcool du jour embryonnaire 7 (E7) au jour E18. En parallèle de cela, certains animaux ont aussi reçu des administrations intra-utérines quotidiennes de PACAP (5 µg/10 µl) de E9 à E18. Un suivi des animaux indique que les injections de PACAP réduit fortement la mortalité et le taux d’avortement chez les animaux alcoolisés. Une évaluation morphologique montre que les embryons exposés in utero à l’éthanol présentent une taille corporelle et cérébrale réduite et que cet effet est partiellement bloqué par des injections intra-utérines de PACAP. Au niveau cellulaire, on constate que l’éthanol diminue le nombre de neurones dans les couches corticales, rend les cellules gliales réactives et désorganise la structuration des vaisseaux. Ceci implique une diminution très forte de l’expression de facteurs trophiques comme le GDNF, le TGF, le VEGFa ou l’IGF, une forte augmentation du niveau d’espèces réactives de l’oxygène et des marqueurs de stress oxydatif et une activation de facteurs clés de l’apoptose comme la caspase-3. Le co-traitement des animaux exposés à l’alcool avec du PACAP réduit partiellement l’atrophie des embryons à E18. Si le PACAP n’a qu’un effet partiel sur la diminution de l’épaisseur des couches corticales au niveau du cerveau, il réduit la réactivité gliale et protège les microvaisseaux de la désorganisation des micovaisseaux induites par une exposition à l’éthanol in utero.
Origine : Version validée par le jury (STAR)