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Physiopathologie,toxicité cérébrale et
approche thérapeutiquedevant une hyperammoniémie
Olivier Braissant Service de Biomédecine Centre Hospitalier Universitaire Vaudois Lausanne, Suisse
Cagnon & Braissant 2007
Ammonium (NH4+): un paramètre d’urgence
Hyperammoniémie : Excès d’ammonium dans le sang :
=> toxique pour le système nerveux central (développement en particulier).
- NH4+ : généré essentiellement dans l’intestin (bactéries uréase +) :
=> Veine porte => Foie => Hépatocytes
- NH4+ tissulaire : production par le métabolisme des acides aminés.
(glutamate deshydrogénase, déaminases, glutaminases, y compris γ-GT) => Transformation en glutamine => Foie => Hépatocytes => Dé-amination => NH4
+
=> Détoxification par le cycle de l’urée
=> Urée, non-toxique => Elimination / urine.
Olivier Braissant, SFEIM, 16 juin 2015
Cycle de l’urée : 6 gènes
Arg ASA Asp Carb-P Cit Fum Orn
Arginine Argininosuccinicate Aspartate Carbamoyl-Phosphate Citrulline Fumarate Ornithine
Cagnon & Braissant, 2007 ; Braissant 2010 ; Braissant 2015
Maladies génétiques du cycle de l’urée : ( UCD : urea cycle diseases )
=> 6 gènes : prévalence 1:8000 ?
Ammonium (NH4+): un paramètre d’urgence
Ornithine Transcarbamylase Carbamyl Phosphate Synthetase I Argininosuccinate Synthetase
OTC CPS-1 ASS
Argininosuccinate Lyase Arginase 1 N-Acetylglutamate Synthase
ASL A-1 NAGS
Olivier Braissant, SFEIM, 16 juin 2015
Cagnon & Braissant 2007 Braissant 2010 ; 2015
⇒ Hyperammoniémies : maladies du cycle de l’urée et autres EIM, encéphalopathies hépatiques (HE; causes multiples)
Ammonium (NH4+): un paramètre d’urgence
Olivier Braissant, SFEIM, 16 juin 2015
- A pH 7.4, ammoniac (NH3) essentiellement sous forme d’ammonium (NH4
+ ; pKa à 37°C: 9.05 ; < 3% sous NH3)
- NH3 : traverse les membranes cellulaires par diffusion - NH4
+ : traverse les membranes cellulaires par : - Canaux potassiques - Na+/K+-ATPases - Co-transporteurs Na+-K+-2Cl- - Aquaporines - Glycoprotéines Rhésus A, B, C
⇒ En excès dans le sang, NH4+ pénètre très
facilement dans le cerveau (BHE) !
⇒ Toxicité cérébrale de NH4+ !
Ammonium (NH4+): un paramètre d’urgence
Olivier Braissant, SFEIM, 16 juin 2015
Nouveau-né ou enfant se présentant avec :
- Somnolence - Convulsions - Coma
⇒ Considérer le diagnostique d’une hyperammoniémie :
⇒ Transfert en unité spécialisée ⇒ Glucose intraveineux ⇒ Analyses sur plasma et urine ⇒ Arrêt de toute diète protéique
⇒ Traitement de l’hyperammoniémie ⇒ Préparation à l’hémodialyse
- Perte d’appétit - Vomissements - Irritabilité
NH4+ : normal hyper-NH4
+ irréversible
SNC
sang 50 - 150 µM >150 µM >300 µM (début) (nouveau-né) >500 µM (pic)
sang <50 µM >60 µM (adulte)
SNC 40 - 50 µM => >500 µM => 5 mM ! LCR extracell.
Olivier Braissant, SFEIM, 16 juin 2015
⇒ Symptômes réversibles et irréversibles sur le SNC !
Ammonium (NH4+): un paramètre d’urgence
Bachmann 2003 ; Butterworth 1998
Ammonium (NH4+): un paramètre d’urgence
Valeurs usuelles plasma NH4+ 1-5 j: 10 -150 µM
( CHUV / Lausanne ) 6-31 j: 10 - 80 µM 1-12 mois: 10 - 50 µM adultes: 10 - 50 µM
Adapté de: Kölker et al 2015
Olivier Braissant, SFEIM, 16 juin 2015
Maladies du cycle de l’urée
Age aux 1ers symptômes - 2/3 < 7 jours.
Age au diagnostique
Taux de survie (patients non-traités) - 85% mortalité < 10 ans, - 60% mortalité < 10 ans, sans les présentations néonatales (< 28 jours).
Bachmann 2003 ; Kölker et al 2015
Maladies du cycle de l’urée
Olivier Braissant, SFEIM, 16 juin 2015
Médiane : [j] 4 3 3 - 315 (?) 690
Médiane : [j] 7 194 7 15 39 390 1094
Traitements d’une hyperammoniémie
1 : Diminuer la production de NH4+ (en particulier dans l’intestin),
2 : Eliminer le NH4+ métabolique pharmacologiquement.
Matoori & Leroux 2015
Olivier Braissant, SFEIM, 16 juin 2015
Traitements d’une hyperammoniémie
1 : Diminuer la production de NH4+ (en particulier dans l’intestin).
Matoori & Leroux 2015
Olivier Braissant, SFEIM, 16 juin 2015
- Di-saccharides non-absorbables (lactulose, lactitol) - Polyéthylène glycol ⇒ Non-absorption de l’ammonium
- Probiotiques (Lactobacillus sp) et antibiotiques (rifaximin) ⇒ Remplacer ou éliminer les bactéries uréase +
- Charbon actif (absorption du NH4+)
- Inhibiteurs de glutaminase (entérocytes)
- Restriction en protéines - Baisse du NH4
+ métabolique par : Sodium benzoate Sodium phénylacétate / phénylbutyrate Glycérol phénylbutyrate
- Supplément en arginine (a.a. essentiel si synthèse endogène bloquée). - Hémodialyse ou hémofiltration
Traitements d’une hyperammoniémie
2 : Eliminer le NH4+ métabolique pharmacologiquement.
Matoori & Leroux 2015
Olivier Braissant, SFEIM, 16 juin 2015
Traitement par le benzoate : - Survie meilleures les 3 premières années (benzoate + Arg/Cit), mais peu de différence >3 ans
- Survie à long terme des patients traités au benzoate : Augmentation de la proportion des retards mentaux Bachmann 2003
Traitements d’une maladie du cycle de l’urée
Olivier Braissant, SFEIM, 16 juin 2015
⇒ Dégats irréversibles au SNC malgré le traitement ? ⇒ Protéger le SNC des dégats dûs à NH4
+, pendant l’exposition à NH4
+ ?
Hyperammoniémie :
⇒ Principaux effets toxique de l’accumulation de NH4+ :
SNC !
⇒ Effets réversibles et irréversibles sur le SNC.
⇒ Sévérité dépendante de - âge au début de l’exposition, - durée de l’exposition à NH4
+, - niveaux de l’exposition à NH4
+.
NH4+
NH4+ !!
Effets réversibles sur le SNC en développement et mature ( pour autant qu’un œdème terminal n’est pas atteint) :
⇒ Activation de la glycolyse / inhibition du cycle de Krebs, ⇒ Perturbation de systèmes de neurotransmission (Glu, Chol, Ser, GABA), ⇒ Inhibition du recaptage de glutamate par les astrocytes, ⇒ Gonflement astrocytaire => œdème cérébral cytotoxique.
Olivier Braissant, SFEIM, 16 juin 2015
Effects irréversible de l’exposition à NH4+ sur le SNC en
développement :
⇒ Défauts cognitifs ⇒ Retard mentaux ⇒ Convulsions ⇒ Coma ⇒ Mort
NH4+ : normal hyper-NH4
+ irreversible effects on CNS
plasma (nouveau-né) 50 - 150 µM > 150 µM > 300 µM (presentation) > 500 µM (pic) plasma (adulte) < 50 µM > 60 µM
cerveau 40 - 50 µM => >500 µM => 5 mM ! CSF liq. extracell. (exp. in vivo) Bachmann 2003 ; Butterworth 1998
NH4+
NH4+ !!
Olivier Braissant, SFEIM, 16 juin 2015
⇒ Cortex / gangl. basaux: hypodensités cell. ⇒ Atrophie corticale ⇒ Atrophies de la matière blanche ⇒ Hypomyélinisation ⇒ Dilatations ventriculaires …
⇒ Mort cellulaire massive (neurones) ⇒ Défauts de croissance axonale / dendritique ⇒ Défauts de migration neuronale ⇒ Lésions de l’unité oligodendro-axonale ⇒ Gliose (astrocytes Alzheimer type II)
Olivier Braissant, SFEIM, 16 juin 2015
Effects irréversible de l’exposition à NH4+ sur le SNC en
développement :
Effets et sévérité dépendants de : ⇒ Age (cerveau en développement ou mature ?)
⇒ Exposition aigüe ou chronique à NH4+ ?
⇒ Niveaux de l’exposition à NH4+ ?
Rose & Bosoi 2009
Toxicité de l’excès d’ammonium sur le cerveau :
⇒ Effets NH4+-specifiques
(primaires or secondaires)
⇒ Effets EIM-spécifique (! UCD: ASS et ASL exprimées dans le cerveau (! NO !) Déficience en arginase I différente des autres UCD !)
Olivier Braissant, SFEIM, 16 juin 2015
Pathogenèse de la toxicité de l’ammonium pour le SNC
⇒ Patients : - Expérience clinique - Imagerie cérébrale ( IRM ) & SRM - Autopsies ( patients EIM) - Encéphalopathies hépatiques
⇒ Modèles expérimentaux in vivo : - souris spf / spfash ( déf. OTC ) - souris KO ( ASL, ASS, A-I, A-II, A-I + A-II ) - injection de NH4
+ / diète, uréase (rats) - shunt portocave, ligature voies biliaires - IRM et SRM sur rongeurs, etc…
⇒ Modèles expérimentaux in vitro ( cellules exposées à NH4+ ) :
- cultures primaires monotypiques ( neurones, astrocytes ) - cultures organotypiques => Tranches de tissu cérébral (multitypiques) => Agrégats 3D de cellules nerveuses
Olivier Braissant, SFEIM, 16 juin 2015
1: Acides aminés 2: Neurotransmission 3: Energie cérébrale 4: Oxyde nitrique ( NO ) 5: Croissance axonale et dendritique 6: Voies de transduction de signaux
Cagnon & Braissant 2007 Braissant 2010, 2015
Olivier Braissant, SFEIM, 16 juin 2015
Principaux mécanismes pathogènes de l’ammonium cérébral :
Glutamine :
⇒ Hyperammoniémie => NH4+ dans le SNC, rapidement converti en glutamine
(Gln) par la glutamine synthetase (GS) dans les astrocytes. (élimination à court terme de l’excès d’ammonium dans le SNC; effet très limité quantitativement…)
=> Augmentation de Gln (SNC) : - Déficience en OTC (SRM) - Souris spf - Cultures 3D de cellules nerveuses exposées à NH4
+ - Rats, infusion de NH4
+ ou ligature des voies biliaires
Inoue et al 1987 Connelly et al 1993 Bachmann et al 2004 Cudalbu et al 2011 Braissant et al 2013
⇒ Gonflement astrocytaire : => Gln osmotiquement active => Œdème cytotoxique => Relarguage de Glu dans l’espace intercellulaire ⇒ Activité GS => Consommation importante d’ATP ( !! Énergie !! )
1: NH4+ : Effets sur les acides aminés
GlnNH4+
Glu ATP ADP
GS
Olivier Braissant, SFEIM, 16 juin 2015
⇒ Conversion de NH4+ en Gln par GS
⇒ Augmentation de la Gln cérébrale sous exposition à NH4+
⇒ Perturbations du métabolisme astrocytaire (pyruvate carboxylase, cycle de Krebs) Cudalbu et al 2011 ; Braissant et al 2013
Spectres SRM du SNC in vivo (1H, 13C, 15N) chez les rats hyperammoniémiques
1H-SRM in vivo : rats sous infusion de NH4Cl, ou après ligature des voies biliaires.
15N-SRM in vivo
1H-SRM in vivo
13C-SRM in vivo
Olivier Braissant, SFEIM, 16 juin 2015
Glutamate :
⇒ Exposition des cellules cérébrales à NH4+ :
=> Conversion de NH4+ en Gln (GS, astrocytes),
=> Gonflement astrocytaire => Relarguage de Glu dans l’espace intercellulaire => Mort des neurones glutamatergiques : => Diminution du pool de Glu intracellulaire
=> Diminution du Glu cérébral : - Souris spf mice - Cultures 3D de cellules nerveuse exposées à NH4
+ Ratnakumari et al 1994 Bachmann et al 2004
=> Détoxication (faible, < GS) du NH4+ par
conversion de l’α-cétoglutarate au Glu (glutamate deshydrogénase) : => Manque potentiel d’α-cétoglutarate pour le
GlnNH4+
Glu ATP ADP
GS
GluNH4+
α-KG
GLDH
TCA cycle
Olivier Braissant, SFEIM, 16 juin 2015
http://www.argosyvirtualhumanbody.com
⇒ Foie
⇒ intestin ⇒ Rein ⇒ Muscle ⇒ Cerveau
⇒ etc…
Arginine et UCD (sauf déficience en Arginase I) :
⇒ Manque d’arginine, a.a. essentiel pour le fœtus et le nouveau-né, semi-essentiel chez l’adulte.
Olivier Braissant, SFEIM, 16 juin 2015
⇒ Mais : cellules cérébrale sous Arg normale et exposées à NH4+ :
=> augmentent leur import d’Arg !
Agrégats 3D de cellules SNC de rat sous NH4Cl
- 5 mM NH4Cl
0
5
10
Arg
[nm
ol /
mg
prot
ein]
Bachmann et al 2004
Synaptosomes cérébelleux de rat sous Na-acétate
Raghavendra Rao et al 2002
Impo
rt d
’Arg
⇒ Manque d’arginine dans les maladies du cycle de l’urée :
⇒ Patients UCD (sauf Arginase I) : Arg abaissée dans le plasma ⇒ Souris spf (déficience en OTC): Arg abaissée dans le SNC
Case Onset- age
Arg [nmol/L]
U-NOx [µmol/µmol CRT]
P-NOx [µmol/L]
1 2Y, 6M 20 0.03 62 1Y, 6M 19 0.05 63 2Y, 3M 27 0.04 44 2Y, 6M 26 0.06 75 3Y, 1M 22 0.05 5Normal ranges 54-130 0.09-0.44 10-41
Arg and NOx in plasma and urine of OTC patients
Adapted from Nagasaka et al 2004From: Ratnakumari et al 1996
Olivier Braissant, SFEIM, 16 juin 2015
Neurotransmission glutamatergique :
⇒ Excès de Glu extracellulaire sous NH4+ => Excitotoxicité !
(excès Glu par diminution du captage astrocytaire)
=> Récepteurs NMDA :
- Métabolisme du NO - Na+/K+-ATPase - Diminution d’ATP - Dysfonctions mitochondriales - Radicaux libres / stress oxidatif
=> Mort neuronale
(effets protecteurs d’antagonistes aux NMDA)
=> altérations de la neuromodulation par les récepteurs AMPA et mGluR
2: Effets de NH4+ sur la neurotransmission
Rodrigo et al 2009
Olivier Braissant, SFEIM, 16 juin 2015
Excès de Glu extracellulaire sous NH4+ :
⇒ Dépolarisation excessive des neurones glutamatergiques
⇒ Gonflement astrocytaire
⇒ Relarguage de Glu / astrocytes ( fonction de pH / Ca++ )
⇒ Inhibition de la reprise de Glu par les astrocytes (GLAST)
Rose 2006, J Neurochem
Excitotoxicité glutamatergique : ⇒ Altération aussi d’autres voies de neurotransmission (GABA, récepteurs aux benzodiazépines,…) Cauli et al 2009
Olivier Braissant, SFEIM, 16 juin 2015
⇒ Neurotransmission cholinergique :
⇒ Souris Spf : => Diminution progressive de l’activité ChAT => Perte de neurones corticaux cholinergiques
Ratnakumari et al 1995
⇒ Cultures 3D de cellules nerveuses sous NH4+ :
=> Perte de neurones cholinergiques Braissant et al 2002
Systèmes cholinergiques : Essentiels pour la mémoire et les fonctions cognitives
⇒ Altération de la neurotransmission cholinergique : => Implication dans les dysfunctions cognitives observées dans les maladies du cycle de l’urée ?
⇒ Effets protecteurs de l’acétyl-L-carnitine (souris spf) ⇒ Effets protecteurs de la créatine (cultures 3D de cellules nerveuses)
Olivier Braissant, SFEIM, 16 juin 2015
Kosenko et al 1998 Rose & Felipo 2005 Rodrigo & Felipo 2006 Rodrigo et al 2009
3: Effets de NH4+ sur l’oxyde nitrique (NO)
Neurones : exposition aigüe à NH4+ :
⇒ Activation des récepteurs postsynaptiques NMDA ⇒ Activation de nNOS Ca++-dépendante ⇒ Augmentation de la production de NO !
⇒ Augmentation du cGMP ( activation de la guanylate cyclase ) : => Effets sur la signalisation intercellulaire => Facultés d’apprentissage, LTP (mémoire),…
⇒ Altération de la respiration mitochondriale ⇒ Manque d’ATP ⇒ Radicaux libres : => Stress oxydatif => Mort cellulaire
⇒ Inhibition de GS dans les astrocytes avoisinants : => Frein de la détoxication de NH4
+ par GS dans les astrocytes
nNOS, rats avec shunt portocave Raghavendra Rao et al 2002
Olivier Braissant, SFEIM, 16 juin 2015
Astrocytes : exposition aigüe à NH4+ :
⇒ Induction de iNOS ( Ca++-indépendante ) ⇒ Augmentation très importante de la production de NO !
=> Radicaux libres : => Stress oxydatif => Mort des neurones avoisinants
=> Inhibition de GS : => Frein de la détoxication de NH4
+ par GS dans les astrocytes
Effets de NH4+ sur l’oxyde nitrique (NO)
Moncada & Bolanos 2006
Exposition chronique de cellules nerveuses à NH4+ :
⇒ Diminution adaptative de la neurotransmission NMDA : Diminution de la voie de signalisation Glu-NO-cGMP Llansola et al 2007
Exposition aigüe de cellules nerveuses à NH4+ sous Arg normale:
⇒ Augmentation de l’import d’Arg, induction astrocytaire de ASS et ASL : => Stimulation du cycle citrulline-NO
Braissant et al 1999 Raghavendra Rao et al 2002 Bachmann et al 2004
Olivier Braissant, SFEIM, 16 juin 2015
Schliess et al 2002
UCDs: Effets sur le NO
⇒ Manque d’arginine sous UCDs (sauf déficience en Arginase I) :
=> Souris Spf (OTC-déf.): diminution de l’activité NOS et de la synthèse de NO dans le SNC => Patients OTC : diminution des métabolites du NO ( plasma et urine ) => Diminution de la synthèse de NO !
Ratnakumari et al 1996
NOS activity in CNS of spf mice
Case Onset- age
Arg [nmol/L]
U-NOx [µmol/µmol CRT]
P-NOx [µmol/L]
1 2Y, 6M 20 0.03 62 1Y, 6M 19 0.05 63 2Y, 3M 27 0.04 44 2Y, 6M 26 0.06 75 3Y, 1M 22 0.05 5Normal ranges 54-130 0.09-0.44 10-41
Arg and NOx in plasma and urine of OTC patients
Adapted from Nagasaka et al 2004
⇒ Déficience en Arginase I => Arg plasmatique élevée :
=> Perturbations possibles (sur-stimulation ?) de la voie de synthèse du NO
Scaglia et al 2004
Olivier Braissant, SFEIM, 16 juin 2015
Effets de NH4+ sur l’oxyde nitrique (NO)
⇒ Effets très différents sur le NO, dépendants de :
=> Exposition aigüe ou chronique à NH4+
=> Type de cellule nerveuse => Taux d’Arg normal (HE, Arginase I) ou diminué (UCDs sauf Arginase I)
⇒ Effets protecteurs d’antagonistes aux NMDA et d’inhibiteurs de NOS sur les effets délétères du NO
Cagnon & Braissant 2007
Olivier Braissant, SFEIM, 16 juin 2015
⇒ Souris Spf : - Diminution de l’ATP cérébral - Diminution de l’expression et de l’activité de la cytochrome C oxidase Ratnakumari et al 1992 ; Rao et al 1997
⇒ Exposition de cellules - Inhibition du cycle de Krebs (α−KGDH) nerveuses à NH4
+ : - Diminution de l’α−KG par GLDH (=> Glu) - Consommation élevée d’ATP par GS (astrocytes) Lai & Cooper 1986
⇒ Exposition d’astrocytes à - Ouverture de la Mitochondrial Permeability Transition (MPT) : NH4
+ : => défauts dans la phosphorylation oxydative (mais pas les neurones) => arrêt de la synthèse d’ATP => ROS et mort cellulaire Bai et al 2001
⇒ Diminution de l’ATP cérébral sous UCDs / NH4+ peut-être due à :
- Altération des enzymes de la chaîne de transport des électrons - Ralentissement du cycle de Krebs - Ouverture MPT (astrocytes)
4: Effets de NH4+ sur l’énergie cérébrale
Olivier Braissant, SFEIM, 16 juin 2015
NH4+ => déficience secondaire en créatine dans les cellules SNC en
développement
⇒ Créatine SNC intracellulaire diminuée dans :
- Culture 3D organotypiques de cellules SNC exposées à NH4
+ - Souris Spf (déf. en OTC) Ratnakumari et al 1996 Braissant et al 2002 Cagnon & Braissant 2007 Braissant et al 2008
⇒ Créatine : Synthèse depuis Arg, essentielle pour le développement du SNC (ATP, cônes de croissance,…)
Olivier Braissant, SFEIM, 16 juin 2015
⇒ Exposition du tissu cérébral à NH4+ :
=> Déficit énergétique dans tous les types cellulaires (neurones, glie) => Mort astrocytaire par ouverture des MPT
⇒ Effets neuroprotecteurs de la créatine et de l’acétyl-L-carnitine évitant le déficit énergétique cérébral sous exposition à NH4
+
Effets de NH4+ sur l’énergie cérébrale
Olivier Braissant, SFEIM, 16 juin 2015
Cagnon & Braissant 2007
5: NH4+ affecte la croissance axonale et dendritique
Maladies du cycle de l’urée :
Effets irreversible de l’exposition à NH4+ du SNC en développement :
⇒ Cortex / ganglions basaux: hypodensités cellulaires ⇒ Atrophie corticale ⇒ Atrophies de la matière blanche ⇒ Dilatations ventriculaires ⇒ Lésions de l’unité oligodendro-axonale
⇒ Défauts de l’élongation axonale / dendritique ?
⇒ Souris Spf, pyramides de la couche V, cortex frontoparietal :
=> Diminution de la complexité de l’arbre dendritique => Diminution de la densité des épines synaptiques
Hopkins et al 1998
⇒ Rats nourris au NH4
+-acétate : => Diminution de la phosphorylation de la protéine dendritique MAP2 => Augmentation de la liaison de MAP2 à la tubuline
Felipo et al 1993 Felipo et al 1993
Olivier Braissant, SFEIM, 16 juin 2015
Cultures 3D développementales DIV 13 NH4
+ : DIV 5-13.
⇒ La croissance axonale est affectée dans des cultures 3D organotypiques de cellules cérébrales de rat exposée à NH4
+ (NH4Cl 5 mM), avant la synaptogenèse.
p-NF-160
NH4Cl 5 mM - +
0
500
1000
1500
2000
Volu
me
AU
NH4Cl 5 mM
Contrôle
NH4Cl 5 mMContrôle
Volu
me
AU
NH4Cl 5 mM - + p-NF-160
0
200
400 Cultures 3D matures 3D, DIV 28, après synaptogenèse NH4
+ : DIV 20-28.
⇒ les axones ne sont pas affectés par NH4
+ après la synaptogenèse
Braissant et al 2002Olivier Braissant, SFEIM, 16 juin 2015
NH4Cl [5 mM] - + + Créatine [1 mM] - - +
NH4Cl [5 mM] - + + Créatine [1 mM] - - +
Neurones + Glie
Neurones
Volu
me
AU
p-NF-1600
200
400
p-NF-M
p-NF-M
⇒ Créatine essentielle pour la croissance axonale (cônes de croissance) ⇒ Déficience secondaire en créatine dans les cultures cérébrales 3D exposées à NH4
+
⇒ La créatine peut-elle protéger la croissance axonale sous exposition à NH4+ ?
=> Oui ! (glie-dépendent) Braissant et al 2002 ; Braissant et al 2008
Olivier Braissant, SFEIM, 16 juin 2015
⇒ NH4+ génère une déficience secondaire en créatine dans les cellules
nerveuses
⇒ NH4+ induit le transporteur de créatine, SLC6A8, dans les astrocytes :
Braissant et al 2008
⇒ Ceci pourrait faciliter l’entrée de créatine dans le SNC hyperammoniémique !!!⇒ Travail en cours pour démontrer la protection cérébrale par la créatine sous NH4
+ pendant le développement in vivo
⇒ ? Traitement des nouveaux-nés et enfants hyperammoniémiques avec la creatine, pour protéger leur cerveau en développement ?
⇒ La créatine protège la croissance axonale sous NH4+,
uniquement en présence de cellules gliales Braissant et al 2002
SLC6A8 in astrocytes (GFAP)
Axons (NF-M)
- NH4+ NH4+ + creatine
Olivier Braissant, SFEIM, 16 juin 2015
6: Apoptose cérébrale induite par NH4+, à travers les voies cdk5 et
caspase 3⇒ NH4+ induit une mort apoptotique dans les cultures 3D organotypiques de
cellules nerveuses en développement, particulièrement les neurones et les oligodendrocytes ⇒ Caspase 3 activée dans les neurones, mais pas les astrocytes
Cagnon & Braissant 2008
Olivier Braissant, SFEIM, 16 juin 2015
cdk5: => Différenciation neuronale (croissance axonale), co-activator p35 => Mort neuronale (apoptose), p35 clivé en p25
=> NH4+ induit le clivage de p35 en p25 Cagnon & Braissant 2008
⇒ cdk5, une cible prometteuse pour prévenir la mort neuronale induite par NH4
+
( necessité d’inhiber spécifiquement cdk5/p25, mais pas cdk5/p35 ).
⇒ La roscovitine, inhibiteur de cdk5 sur p35 et p25, inhibits l’activation de caspase 3 par l’ammonium et protège les neurones de la mort cellulaire
Olivier Braissant, SFEIM, 16 juin 2015
6: Altération des voies MAPK sous NH4+,
et protection des oligodendrocytes par le CNTF
⇒ CNTF synthétisé par les astrocytes dans les cultures 3D de cellules nerveuses
⇒ La synthèse de CNTF augmente progressivement au cours du développement
⇒ La synthèse de CNTF est augmentée par l’exposition à NH4+
Cagnon & Braissant 2009
Olivier Braissant, SFEIM, 16 juin 2015
⇒ NH4+ active p38 dans les astrocytes
⇒ NH4+ active SAPK / JNK dans les oligodendrocytes
p38SAPK / JNK
SP600125 : inhibiteur SAPK/JNK SB203580 : inhibiteur p38
Inhibiteurs de p38 et SAPK/JNK sous NH4+ :
⇒ p38 et SAPK/JNK médient l’augmentation de CNTF induite par NH4
+
p38 : seule MAPK activée dans les astrocytes / NH4
+ CNTF : produit par les astrocytes : ⇒ L’induction de CNTF par NH4
+ est médiée par l’activation de p38 dans les astrocytes
Cagnon & Braissant 2009
Olivier Braissant, SFEIM, 16 juin 2015
⇒ CNTF, exogène ( 150 ng/ml ), protège les oligodendrocytes, mais pas les neurones, de la toxicité induite par NH4
+
(cultures 3D organotypic de cellules nerveuses)
⇒ Astrocytes exposés à NH4+ : augmentation de la synthèse de CNTF
⇒ Le CNTF exerce différents effets neuroprotecteurs ⇒ L’augmentation du CNTF cérébral induite par NH4
+ ne semble pas suffisante pour prévenir la neurotoxicité de NH4
+
=> ? Du CNTF exogène peut-il protéger les cellules nerveuses exposées à NH4
+ ?
Cagnon & Braissant 2009
Olivier Braissant, SFEIM, 16 juin 2015
⇒ Acides aminés (Gln, Glu, Arg). ⇒ Neurotransmission (Glu, Chol, 5-HT). ⇒ Energie cérébrale (ATP, créatine). ⇒ Synthèse de NO. ⇒ C r o i s s a n c e s a x o n a l e e t dendritique. ⇒ Voies de transduction de signaux.
Conclusion (1)
Principaux mécanismes pathogènes de l’ammonium cérébral :
Olivier Braissant, SFEIM, 16 juin 2015
⇒ Œdème cérébral cytotoxique. ⇒ Mort cellulaire. ⇒ Altération de l’élongation des fibres nerveuses. ⇒ Défauts de migration cellulaire. ⇒ Hypomyélination.
⇒ Atrophie du tissu cérébral. ⇒ Elargissement ventriculaire. ⇒ Hypodensité des matières grises et blanches. ⇒ Demyélination.
Conclusion (2)
Olivier Braissant, SFEIM, 16 juin 2015
Principaux mécanismes pathogènes de l’ammonium cérébral :
Conclusion (3)
Ammonium (NH4+) : un paramètre d’urgence dans
les maladies du cycle de l’urée…… pouvant gravement affecter le développement et le fonctionnement cérébral.
Olivier Braissant, SFEIM, 16 juin 2015
⇒ Stratégies de baisse de NH4+ :
1 : Diminuer la production de NH4+
2 : Elimination pharmacologique du NH4
+ métabolique
⇒ Stratégies de neuroprotection malgré l’exposition du cerveau à NH4
+
Neuroprotection face à la toxicité de l’ammonium :
⇒ Antagonistes de récepteurs NMDA. ⇒ Inhibiteurs de NOS. ⇒ Créatine. ⇒ Acétyl-L-carnitine. ⇒ Inhibition de cdk5/p25. ⇒ CNTF.
Conclusion (4)
Olivier Braissant, SFEIM, 16 juin 2015
Laurène Cagnon Marc Loup Hugues Henry Olivier BraissantService de Biomédecine, CHUV, Lausanne Cristina CuldalbuCentre d’Imagerie Biomédicale, EPFL, Lausanne Valérie McLinService de Pédiatrie, HUG, GenèveFlorianne Monnet-TschudiDépartement de Physiologie, UNIL, Lausanne