Impact du surpoids sur l’homéostasie cérébrale et les mécanismes de réparation cérébrale chez le poisson zèbre (Danio rerio)

Les maladies métaboliques (ex: diabète/obésité) constituent un enjeu majeur de Santé Publique à l’échelle mondiale car leurs prévalences augmentent depuis plusieurs décennies. De façon intéressante, il a été démontré que ces pathologies étaient associées à des perturbations de l’homéostasie cérébrale (troubles de la mémoire, perte de substance grise) favorisant entre autres les accidents vasculaires cérébraux et aggravant leurs conséquences neurologiques. Plus largement, ces perturbations métaboliques semblent être délétères pour le fonctionnement du cerveau. De façon intéressante, lors des dommages cérébraux, ces pathologies ont un impact négatif sur la taille des lésions et la récupération fonctionnelle (élocution, locomotion, sensibilité, …). Cependant, les impacts réels de lces perturbations métaboliques sur les mécanismes propres à la réparation cérébrale ne sont pas bien connus. Les objectifs du projet sont de comprendre l’impact du surpoids sur les mécanismes de réparation cérébrale en utilisant le poisson zèbre. Cet animal est un modèle reconnu de plasticité et de réparation cérébrales. C’est aussi un modèle permettant de mimer des situations de surpoids associés à une hyperglycémie. Dans ce contexte, nos sous-objectifs sont de déterminer l’impact de ce surpoids sur la mort cellulaire à la suite d’une lésion cérébrale, (2) sur l’angiogenèse régénérative (création de nouveaux vaisseaux), (3) sur le recrutement de la microglie au site de la lésion, et enfin (4) la neurogenèse régénérative permettant de générer de nouveaux neurones pour Remplacer ceux qui sont morts à la suite de la lésion.

Ce projet permettra de mieux comprendre les mécanismes mis en jeu et affectés par des désordres métaboliques et la surnutrition lors d’un dommage cérébral. Il pourrait permettre d’identifier des problèmes de réparation induite lors de ces maladies métaboliques (ex: suractivation microgliale, problème d’activation des cellules souches). Ainsi, cette meilleure compréhension du fonctionnement régénératif en condition de perturbations métaboliques pourrait permettre de mettre en œuvre des thérapies favorisant ou limitant ces processus (ex: limiter la mort cellulaire, limiter la neuroinflammation, favoriser la neurogenèse). A terme, ce projet a pour but de favoriser la réparation cérébrale dans des conditions qui lui sont délétères (ex: hyperglycémie) afin de limiter les conséquences de dommages cérébraux.

La moitié des animaux seront surnutris de façon volontaire (non forcée). L’ensemble des animaux contrôles et surnutris sera lésé au niveau du télencéphale puis euthanasié 1,2 ou 3 jours après la lésion (à la fin du protocole de nutrition) afin de déterminer l’impact de la surnutrition sur les différentes phases de la réparation cérébrale.

Des expériences précédentes sur les modèles de lésions chez le poisson zèbre n’ont pas révélé de nuisances notables (ex: surmortalité, troubles du comportement, stress, douleur). Il en est de même sur les modèles de surnutrition chez le poisson zèbre. Aussi, même si des lésions cérébrales chez le poisson zèbre en condition de désordres métaboliques (entre autres surpoids) pourraient impacter certains processus régénératifs, nous n’attendons pas de nuisances et/ou effets indésirables entrainant des douleurs ou stress par rapport aux données précédentes de la littérature pour lesquelles ces informations importantes n’ont pas été rapportées, ni même observées au laboratoire. Nous hypothésons que les cinétiques de réparation vont être ralenties par rapport à une situation contrôle. Les nuisances associées aux lésions peuvent être du stress, des modifications du comportement et une mortalité. Ces nuisances sont exceptionnelles et n’ont que rarement été rapportées dans la littérature.

A la fin de l’expérimentation, tous les animaux seront euthanasiés pour analyse tissulaire par immunohistochimie.

La complexité des processus physiologiques se déroulant lors de la réparation cérébrale ne sont pas modélisables par des techniques in vitro. Les processus de réparation impliquent plusieurs types cellulaires: microglies, oligodendrocytes, macrophages, cellules endothéliales, neurones, et cellules souches neurales. De plus, plusieurs processus physiologiques se mettent en place lors de la réparation : hypoxie, inflammation, stress oxydatif, sécrétion de facteurs trophiques et neurotrophiques ainsi qu’endothéliaux. A l’heure actuelle, nous ne pouvons réaliser des procédures in vitro permettant d’intégrer l’ensemble de ces acteurs cellulaires et de signalisation.

Chaque expérimentation sera scindée dans la mesure du possible en deux expériences indépendantes. Cela permettra de ne pas utiliser l’ensemble des animaux si nous observons que les résultats obtenus sont suffisamment étayés. De plus, si jamais une souffrance ou une mortalité inattendue venait à apparaitre, cela éviterait de relancer une expérimentation avec le deuxième groupe d’animaux. Des analyses statistiques et une étude bibliographique ont été réalisées pour déterminer le nombre d’animaux.

Les animaux seront observés plusieurs fois par jour dans leur aquarium. Après lésion, ils seront observés de façon intensive dans les premières 30 minutes, puis une fois toutes les heures. Tout signe de souffrance ou de comportement anormal sera rapporté au vétérinaire référent afin de prendre les mesures adéquates. Un espace suffisant limitant au maximum les contraintes subies et permettant un comportement normal sera assuré. Les procédures invasives seront réalisées sous anesthésie générale par une personne qualifiée. Différents points limites spécifiques tels qu’un comportement anormal (mouvements circulaires), nutrition anormale (voire incapacité à se nourrir), flottabilité anormale, couleur anormale seront analysés. Si un de ces paramètres ou points limites est atteint, nous en ferons part au vétérinaire pour arrêt de l’expérimentation et par conséquent euthanasie pour limiter les souffrances de l’animal (sédation profonde puis euthanasie). Les données bibliographiques et notre expérience du modèle ne rapporte pas de comportements de souffrance anormale, de modification de la prise alimentaire, du comportement locomoteur notable, et de stress que ce soit à la suite d’une lésion ou d’une surnutrition.

Le poisson zèbre partage de 70 à 85 % de gènes en commun avec l’espèce humaine, impliqués dans les processus physiologiques et pathophysiologiques, respectivement. La situation de surpoids/obésité associé à une hyperglycémie peut être mimée en mettant les animaux en surnutrition. Ceci permet de mimer les conditions pathologiques du surpoids/obésité humaine. De plus, c’est également un modèle de réparation cérébrale reconnu avec des processus de réparation similaires à ceux des mammifères. Des animaux sexuellement matures du même âge entre les groupes (âge entre 3 et 18 mois)