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Physiopathologie,toxicité cérébrale et
approche thérapeutiquedevant une hyperammoniémie
Olivier Braissant Service de Biomédecine Centre Hospitalier Universitaire Vaudois Lausanne, Suisse
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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
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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
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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
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- 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
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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
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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
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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
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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
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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)
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- 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
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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
+ ?
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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
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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
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⇒ 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 :
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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
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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
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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 :
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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
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⇒ 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
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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
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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
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⇒ 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
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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
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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
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⇒ 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
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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
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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
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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
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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
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⇒ 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
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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
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⇒ 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
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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
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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
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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
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⇒ 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
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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
![Page 39: Physiopathologie, toxicité cérébrale et approche thérapeutique … · Cagnon & Braissant 2007 Ammonium (NH 4 +): un paramètre d’urgence Hyperammoniémie : Excès d’ammonium](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022052923/5f03d65b7e708231d40b02b2/html5/thumbnails/39.jpg)
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
![Page 40: Physiopathologie, toxicité cérébrale et approche thérapeutique … · Cagnon & Braissant 2007 Ammonium (NH 4 +): un paramètre d’urgence Hyperammoniémie : Excès d’ammonium](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022052923/5f03d65b7e708231d40b02b2/html5/thumbnails/40.jpg)
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
![Page 41: Physiopathologie, toxicité cérébrale et approche thérapeutique … · Cagnon & Braissant 2007 Ammonium (NH 4 +): un paramètre d’urgence Hyperammoniémie : Excès d’ammonium](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022052923/5f03d65b7e708231d40b02b2/html5/thumbnails/41.jpg)
⇒ 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
![Page 42: Physiopathologie, toxicité cérébrale et approche thérapeutique … · Cagnon & Braissant 2007 Ammonium (NH 4 +): un paramètre d’urgence Hyperammoniémie : Excès d’ammonium](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022052923/5f03d65b7e708231d40b02b2/html5/thumbnails/42.jpg)
⇒ 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
![Page 43: Physiopathologie, toxicité cérébrale et approche thérapeutique … · Cagnon & Braissant 2007 Ammonium (NH 4 +): un paramètre d’urgence Hyperammoniémie : Excès d’ammonium](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022052923/5f03d65b7e708231d40b02b2/html5/thumbnails/43.jpg)
⇒ 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
![Page 44: Physiopathologie, toxicité cérébrale et approche thérapeutique … · Cagnon & Braissant 2007 Ammonium (NH 4 +): un paramètre d’urgence Hyperammoniémie : Excès d’ammonium](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022052923/5f03d65b7e708231d40b02b2/html5/thumbnails/44.jpg)
⇒ 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 :
![Page 45: Physiopathologie, toxicité cérébrale et approche thérapeutique … · Cagnon & Braissant 2007 Ammonium (NH 4 +): un paramètre d’urgence Hyperammoniémie : Excès d’ammonium](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022052923/5f03d65b7e708231d40b02b2/html5/thumbnails/45.jpg)
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
+
![Page 46: Physiopathologie, toxicité cérébrale et approche thérapeutique … · Cagnon & Braissant 2007 Ammonium (NH 4 +): un paramètre d’urgence Hyperammoniémie : Excès d’ammonium](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022052923/5f03d65b7e708231d40b02b2/html5/thumbnails/46.jpg)
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
![Page 47: Physiopathologie, toxicité cérébrale et approche thérapeutique … · Cagnon & Braissant 2007 Ammonium (NH 4 +): un paramètre d’urgence Hyperammoniémie : Excès d’ammonium](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022052923/5f03d65b7e708231d40b02b2/html5/thumbnails/47.jpg)
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