Régulation du métabolisme du cholestérol dans la rétine en conditions expérimentales associées au glaucome - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2019

Regulation of cholesterol metabolism in the retina under experimental conditions associated with glaucoma

Régulation du métabolisme du cholestérol dans la rétine en conditions expérimentales associées au glaucome

Résumé

Cholesterol is a lipid found in every animal cell and is necessary for its survival. Among its multiple roles in the body, it is a component of cell membranes that is crucial for the maintenance of their structure and fluidity and is thus implicated in the modulation of many signalling pathways. Neurons are especially dependant on cholesterol input since the proper composition of their plasma membrane is required for vesicular exocytosis of neurotransmitters and transduction of the post-synaptic signal. It has been shown that both an excess and a lack of cholesterol is neurotoxic. Moreover, many neurodegenerative diseases, such as Alzheimer’s or Huntington’s disease, have been associated with dysregulation of cholesterol homeostasis, highlighting the need for a fine regulation of its metabolism in nervous tissues. Coordinated actions of neurons and glia, that exhibit complementary functions, are mandatory in that respect. In the brain, astrocytes, the main macroglial cells, may be the major source of cholesterol biosynthesis and export. Neurons, acting as consumers, may be specifically in charge of cholesterol elimination via conversion into 24S-OHC by the CYP46A1 enzyme. This metabolite is likely not only an elimination product of cholesterol but also a signalling molecule in glial cells. It might enable glial cholesterol metabolism to adjust as needed and avoid an overload in brain tissues. In the retina, cholesterol metabolism and its regulation under physiological and pathological conditions remain largely unknown. Müller cells, the major macroglial cells of the retina, could participate in cholesterol synthesis in this tissue even though evidence is still needed. Regarding 24S-OHC, its synthesis is mainly restricted to retinal ganglion cells, neurons responsible for nervous signal transmission from the retina to the brain. Studies performed in our laboratory suggest that CYP46A1 and its product could be implicated in the physiopathology of glaucoma, a disease characterized by ganglion cell degeneration.The present project aims to provide a better understanding of cholesterol metabolism in Müller cells and its potential regulation by 24S-OHC. The goal is also to unveil changes in cholesterol metabolism during the progression of glaucoma by characterizing, at different time points, the molecular players implicated in its biosynthesis, transport and elimination. Our experiments performed on primary Müller cell cultures indicate that these cells possess the molecular machinery to synthesize and export cholesterol and could therefore actively participate in its metabolism in the retina. We also reported a strong hypocholesterolemic effect of 24S-OHC in Müller cells, reinforcing the hypothesis that this compound could be a regulator of cholesterol metabolism in the retina. In an experimental glaucoma model, induced by an elevation in intraocular pressure in rats, we observed major changes in cholesterol metabolism. At the earliest time points, genes implicated in cholesterol biosynthesis and uptake in the retina were upregulated, and cholesterol precursor levels were consecutively and transiently elevated. An important component of our work was to demonstrate that counter-regulatory mechanisms were activated in response to these initial dysregulations, that enabled the maintenance of cholesterol homeostasis in the retina and likely participated in ganglion cell survival.
Le cholestérol est un lipide présent dans toutes les cellules animales et indispensable à leur survie. Parmi les rôles multiples qu’il joue dans l’organisme, celui de composant des membranes cellulaires est essentiel pour le maintien de leur structure, de leur fluidité et donc clé dans la modulation de nombreuses voies de signalisation. A ce titre, les neurones sont particulièrement dépendants de l’apport en cholestérol car l’intégrité de la composition de leur membrane est requise pour l’exocytose vésiculaire des neurotransmetteurs et la transduction du signal post-synaptique. Ainsi, il a été montré qu’un excès ou un défaut de ce composé est neurotoxique. De nombreuses maladies neurodégénératives, comme la maladie d’Alzheimer, ont d’ailleurs été associées à des perturbations de l’homéostasie du cholestérol, soulignant la nécessité d’une régulation fine de son métabolisme dans les tissus nerveux. Dans ce cadre, l’existence de mécanismes de coordination entre les actions des neurones et de la glie, dont les fonctions sont complémentaires, semble indispensable. Dans le cerveau, les astrocytes, cellules macrogliales majoritaires, seraient le principal lieu de synthèse et d’export du cholestérol. Les neurones, plutôt consommateurs, seraient spécifiquement en charge de son élimination, via sa conversion en 24(S)-hydroxycholestérol (24S-OHC) par l’enzyme CYP46A1. Ce métabolite ne serait pas seulement un produit d’excrétion du cholestérol, mais jouerait également le rôle de molécule signal dans les cellules gliales. Il permettrait d’adapter le métabolisme de la glie aux besoins en cholestérol, afin d’éviter toute surcharge dans les tissus cérébraux. Dans la rétine, le métabolisme du cholestérol et sa régulation, en condition physiologique et pathologique, sont encore peu décrits. Les cellules de Müller, macroglie majoritaire de la rétine, pourraient participer à la synthèse de cholestérol dans ce tissu, mais les arguments dans ce sens méritent d’être étoffés. Concernant le 24S-OHC, sa synthèse est essentiellement restreinte aux cellules ganglionnaires, neurones chargés de transmettre l’influx nerveux de la rétine au cerveau. Les résultats de quelques études menées au laboratoire suggèrent d’ailleurs que l’enzyme CYP46A1 et son métabolite seraient impliqués dans la physiopathologie du glaucome, maladie liée à la dégénérescence des cellules ganglionnaires.Le but de ce projet de thèse est de contribuer à une meilleure compréhension du métabolisme du cholestérol dans les cellules de Müller et son éventuelle régulation par le 24S-OHC. L’objectif était également de mettre en évidence de potentielles altérations du métabolisme du cholestérol au cours du glaucome en caractérisant, à différents points de temps, les acteurs moléculaires impliqués dans sa synthèse, son transport et son élimination.Nos expériences menées sur des cultures primaires de cellules de Müller indiquent que ces cellules possèdent la machinerie moléculaire pour synthétiser et exporter le cholestérol, et pourraient donc participer activement à son métabolisme dans la rétine. Nous avons également décrit un effet hypocholestérolémiant du 24S-OHC dans les cellules de Müller, ce qui renforce l’hypothèse selon laquelle ce composé pourrait intervenir dans la régulation du métabolisme du cholestérol dans la rétine. Dans un modèle de glaucome expérimental, par hyperpression oculaire chez le rat, nous avons observé des modifications majeures du métabolisme du cholestérol. De manière très précoce, il s’agit d’une surexpression des gènes impliqués dans la synthèse et la captation de cholestérol dans la rétine, puis d’une élévation transitoire des taux de ses précurseurs. Un élément important de notre travail a été de montrer que ces perturbations initiales sont suivies de l’activation de mécanismes de contre-régulation coordonnés, permettant de maintenir l’homéostasie du cholestérol dans la rétine et participant donc sans doute positivement à la survie des cellules ganglionnaires.
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Dates et versions

tel-02875019 , version 1 (19-06-2020)

Identifiants

  • HAL Id : tel-02875019 , version 1

Citer

Elise Leger Leger-Charnay. Régulation du métabolisme du cholestérol dans la rétine en conditions expérimentales associées au glaucome. Biochimie [q-bio.BM]. Université Bourgogne Franche-Comté, 2019. Français. ⟨NNT : 2019UBFCK090⟩. ⟨tel-02875019⟩
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