Effet du butyrate sur l'intégrité de la barrière hémato-encéphalique

Abstract

La barrière hémato-encéphalique (BHE) est essentielle pour l’homéostasie du cerveau. Les jonctions serrées jouent un rôle majeur dans le maintien de l’intégrité de la BHE en empêchant le passage à travers la BHE de neurotoxines, molécules inflammatoires, pathogènes et cellules du système immunitaire. Éventuellement, la perte d’intégrité de la BHE peut induire des neuropathologies dont certaines sont causées par la migration excessive de monocytes. Le rétablissement de l’intégrité de cette barrière est alors une cible thérapeutique intéressante afin de réduire les risques de maladies neurodégénératives. Des travaux récents démontrent que le butyrate, produit de la fermentation bactérienne intestinale, favorise la synthèse des protéines des jonctions serrées des cellules épithéliales gastro-intestinales. En effet, le butyrate active des voies de signalisation qui mènent à la réparation et au maintien des jonctions serrées intestinales. Par conséquent, nous émettons l’hypothèse que le butyrate, tout comme dans les cellules épithéliales intestinales, resserre les jonctions serrées des cellules endothéliales du cerveau limitant ainsi l’entrée massive de monocytes. Les objectifs de ce projet de maitrise sont : Objectif 1 : Déterminer l’effet du butyrate sur la transcription des gènes et l’expression des protéines des jonctions serrées telles que claudine-5, occludin et zonula occludens-1 (ZO-1) dans les cellules endothéliales microvasculaires du cerveau (HBMEC) ainsi que sur la phosphorylation de l’AMPK, une kinase impliquée dans la régulation de l’expression de ces protéines. Objectif 2 : Vérifier l’impact du butyrate sur la transcription des cytokines et chimiokines pro-inflammatoires telles que TNF-a, IL-1b, IL-6 et IL-10 ainsi que sur IFN-g dans les HBMEC. Objectif 3 : Déterminer l’impact du butyrate sur l’intégrité de la BHE et la migration des monocytes à l’aide d’un modèle bidimensionnel (2D) de la BHE. Nos résultats démontrent qu’un traitement au butyrate des HBMEC augmente significativement la transcription et l’expression des protéines claudine-5, occludine et ZO-1 suite à l’induction de bris de la barrière par les lipopolysacharides (LPS). De plus, nous démontrons que l’AMPK joue un rôle important dans l’augmentation de l’expression des protéines des jonctions serrées de la BHE. L’augmentation de l’intégrité de la BHE par le butyrate a aussi été mise en évidence par la mesure de la résistance transendothéliale ainsi que par le modèle 2D de la BHE. La capacité du butyrate à réguler inflammation, délétère pour les cellules endothéliales du cerveau, a aussi été évalué. Nos résultats démontrent que le butyrate réduit significativement la transcription des gènes codant pour TNF-a, IL-1b, et IL-6, des cytokines dites pro-inflammatoires. Cependant, nos expériences démontrent que le butyrate augmente la transcription de l’IFN-g une cytokine essentielle pour l’immunité innée et adaptative et réduit l’expression de CCL19, l’un des ligands naturels CCR7 qui a été démontré comme chemokines importantes pour la migration des monocytes. Finalement, nos travaux ont permis de démontrer l’impact du butyrate sur la migration des monocytes en réponse à CCR7 à travers la BHE. Pour ce faire, nous avons utilisé un modèle 2D de la BHE utilisant des cellules primaires endothéliales microvasculaires du cerveau ainsi que des astrocytes. Nos observations montrent qu’un traitement au butyrate de cellules de la BHE, dont la perméabilité est affectée par les LPS, réduit fortement la migration des monocytes CCR7 dépendantes démontrant ainsi le rôle essentiel de cette molécule dans le maintien de l’intégrité de la BHE. Les résultats de ce projet de maîtrise sont très prometteurs et permettent d’envisager l’étude plus approfondie du butyrate sur la BHE dans un contexte thérapeutique. De plus, nos résultats permettent de mettre en lumière une approche intéressante pour la réparation ou le maintien de l’intégrité de la BHE essentielle à l’homéostasie.