NH - sfeim.org

Olivier Braissant
Service de Biomédecine
Centre Hospitalier Universitaire Vaudois
Lausanne, Suisse
Physiopathologie,
toxicité cérébrale et
approche thérapeutique
devant une hyperammoniémie
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.
Cagnon & Braissant 2007
Olivier Braissant, SFEIM, 16 juin 2015
Ammonium (NH4+): un paramètre d’urgence
Cycle de l’urée : 6 gènes
OTC
CPS-1
ASS
ASL
A-1
NAGS
Ornithine Transcarbamylase
Carbamyl Phosphate Synthetase I
Argininosuccinate Synthetase
Argininosuccinate Lyase
Arginase 1
N-Acetylglutamate Synthase
Cagnon & Braissant, 2007 ; Braissant 2010 ; Braissant 2015
Maladies génétiques du cycle de l’urée :
( UCD : urea cycle diseases )
=> 6 gènes : prévalence 1:8000 ?
Arg
ASA
Asp
Carb-P
Cit
Fum
Orn
Arginine
Argininosuccinicate
Aspartate
Carbamoyl-Phosphate
Citrulline
Fumarate
Ornithine
Olivier Braissant, SFEIM, 16 juin 2015
Ammonium (NH4+): un paramètre d’urgence
⇒ Hyperammoniémies : maladies du cycle de l’urée et autres EIM,
encéphalopathies hépatiques (HE; causes multiples)
Cagnon & Braissant 2007
Braissant 2010 ; 2015
Olivier Braissant, SFEIM, 16 juin 2015
Ammonium (NH4+): un paramètre d’urgence
- 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+ !
Olivier Braissant, SFEIM, 16 juin 2015
Ammonium (NH4+): un paramètre d’urgence
Nouveau-né ou enfant
se présentant avec :
- Somnolence
- Convulsions
- Coma
- Perte d’appétit
- Vomissements
- Irritabilité
⇒ Symptômes
réversibles et
irréversibles
sur le SNC !
NH4+ :
⇒ 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
normal
sang 50 - 150 µM
(nouveau-né)
sang
<50 µM
(adulte)
hyper-NH4+
irréversible
SNC
>150 µM>300 µM (début)
>500 µM (pic)
>60 µM
SNC 40 - 50 µM => >500 µM
LCR
=> 5 mM !
extracell.
Bachmann 2003 ; Butterworth 1998
Olivier Braissant, SFEIM, 16 juin 2015
Ammonium (NH4+): un paramètre d’urgence
Valeurs usuelles plasma NH4+
( CHUV / Lausanne )
1-5 j:
6-31 j:
1-12 mois:
adultes:
10 -150 µM
10 - 80 µM
10 - 50 µM
10 - 50 µM
Maladies du cycle de l’urée
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.
Médiane : [j]
4
3
3
7
15
39
-
315 (?)
690
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
Médiane : [j]
7
194
390
1094
Olivier Braissant, SFEIM, 16 juin 2015
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).
- Di-saccharides non-absorbables (lactulose, lactitol)
- Polyéthylène glycol
⇒ Non-absorption de l’ammonium
Matoori & Leroux 2015
- Probiotiques (Lactobacillus sp)
et antibiotiques (rifaximin)
⇒ Remplacer ou éliminer
les bactéries uréase +
- Charbon actif (absorption du NH4+)
- Inhibiteurs de glutaminase (entérocytes)
Olivier Braissant, SFEIM, 16 juin 2015
Traitements d’une hyperammoniémie
2 : Eliminer le NH4+ métabolique pharmacologiquement.
- Restriction en protéines
- Baisse du NH4+ métabolique par :
Sodium benzoate
Sodium phénylacétate / phénylbutyrate
Glycérol phénylbutyrate
Matoori & Leroux 2015
- Supplément en arginine (a.a. essentiel
si synthèse endogène bloquée).
- Hémodialyse ou hémofiltration
Olivier Braissant, SFEIM, 16 juin 2015
Traitements d’une maladie du cycle de l’urée
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
⇒ Dégats irréversibles au SNC
malgré le traitement ?
⇒ Protéger le SNC des dégats
dûs à NH4+, pendant
l’exposition à NH4+ ?
Olivier Braissant, SFEIM, 16 juin 2015
Hyperammoniémie :
NH4+ !!
NH4+
⇒ 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+.
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
NH4+ :
Effects irréversible de l’exposition à NH4+ sur le SNC en
développement
:
+
normal
plasma (nouveau-né) 50 - 150 µM
plasma (adulte)
cerveau
< 50 µM
40 - 50 µM
CSF
hyper-NH4 irreversible effects on CNS
> 150 µM > 300 µM (presentation)
> 500 µM (pic)
> 60 µM
=> >500 µM
Bachmann 2003 ; Butterworth 1998
NH4+
!!
NH4+
⇒
⇒
⇒
⇒
⇒
=> 5 mM !
liq. extracell. (exp. in vivo)
Défauts cognitifs
Retard mentaux
Convulsions
Coma
Mort
Olivier Braissant, SFEIM, 16 juin 2015
Effects irréversible de l’exposition à NH4+ sur le SNC en
développement :
⇒ 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
Toxicité de l’excès d’ammonium sur le cerveau :
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
⇒ Effets NH4+-specifiques
(primaires or secondaires)
⇒ Effets EIM-spécifique
(! UCD: ASS et ASL exprimées
dans le cerveau (!
NO !)
Déficience en arginase
I
Olivier Braissant, SFEIM, 16 juin 2015
différente des autres
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
Principaux mécanismes pathogènes de l’ammonium cérébral :
Cagnon & Braissant 2007
Braissant 2010, 2015
1: Acides aminés
2: Neurotransmission
3: Energie cérébrale
4: Oxyde nitrique ( NO )
5: Croissance axonale et dendritique
6: Voies de transduction de signaux
Olivier Braissant, SFEIM, 16 juin 2015
1: NH4+ : Effets sur les acides aminés
Glutamine :
⇒ Hyperammoniémie => NH4+ dans le SNC, rapidement converti en glutamine
(Gln)
NH4+
Gln
GS
par la glutamine synthetase (GS) dans les astrocytes.
(élimination à court terme de l’excès d’ammonium
Glu ATP ADP
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 !! )
Olivier Braissant, SFEIM, 16 juin 2015
1H-SRM
Spectres SRM du SNC in vivo (1H, 13C, 15N) chez les rats
hyperammoniémiques
in vivo :
rats sous infusion de NH4Cl,
voies biliaires.
ou après ligature des
1H-SRM
in vivo
15N-SRM
in vivo
13C-SRM
in vivo
⇒ 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
Olivier Braissant, SFEIM, 16 juin 2015
Glutamate :
⇒ Exposition des cellules cérébrales à NH4 :
+
NH4+
Glu
Gln
GS
ATP
ADP
=> 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
NH4+
GLDH
α-KG
conversion
TCA cycle
deshydrogénase) :
Glu
=> Détoxication (faible, < GS) du NH4+ par
de l’α-cétoglutarate au Glu (glutamate
Olivier Braissant, SFEIM, 16 juin 2015
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.
⇒ Foie
⇒
⇒
⇒
⇒
intestin
Rein
Muscle
Cerveau
⇒ etc…
http://www.argosyvirtualhumanbody.com
Olivier Braissant, SFEIM, 16 juin 2015
⇒ Manque d’arginine dans
Arg and NOx in plasma and urine of OTC patients
les maladies du cycle de l’urée
:
Case
1
2
3
4
5
Normal
Onsetage
2Y, 6M
1Y, 6M
2Y, 3M
2Y, 6M
3Y, 1M
ranges
Arg
[nmol/L]
U-NOx
[µmol/µmol CRT]
P-NOx
[µmol/L]
20
19
27
26
22
54-130
0.03
0.05
0.04
0.06
0.05
0.09-0.44
6
6
4
7
5
10-41
Adapted from Nagasaka et al 2004
From: Ratnakumari et al 1996
⇒ Patients UCD (sauf Arginase I) : Arg abaissée dans le plasma
⇒ Souris spf (déficience en OTC): Arg abaissée dans le SNC
⇒ Mais : cellules cérébrale sous Arg normale et exposées à NH4+ :
10
Agrégats 3D de cellules
SNC de rat sous NH4Cl
5
0
Bachmann et al 2004
-
Import d’Arg
Arg
[nmol / mg protein]
=> augmentent leur import d’Arg !
Synaptosomes cérébelleux
de rat sous Na-acétate
Raghavendra Rao et al
2002
5 mM
NH4Cl
Olivier Braissant, SFEIM, 16 juin 2015
2: Effets de NH4+ sur la neurotransmission
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
Rodrigo et al 2009
Olivier Braissant, SFEIM, 16 juin 2015
Excès de Glu extracellulaire sous NH4+ :
Rose 2006,
J Neurochem
⇒ 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)
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
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),…
Kosenko et al 1998
Rose & Felipo 2005
Rodrigo & Felipo 2006
Rodrigo et al 2009
⇒ 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
Effets de NH4+ sur l’oxyde nitrique (NO)
Astrocytes : exposition aigüe à NH4+ :
Schliess et al 2002
⇒ Induction de iNOS ( Ca++-indépendante )
⇒ Augmentation très importante de la production de NO !
=> Radicaux libres :
=> Stress oxydatif
=> Mort des neurones avoisinants
Moncada & Bolanos 2006
=> Inhibition de GS :
=> Frein de la détoxication de NH4+
par GS dans les astrocytes
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:
Braissant et al 1999
⇒ Augmentation de l’import d’Arg, induction astrocytaire de ASS etRaghavendra
ASL : Rao et al 2002
Bachmann et al 2004
=> Stimulation du cycle citrulline-NO
Olivier Braissant, SFEIM, 16 juin 2015
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
NOS activity in CNS of spf mice
=> Patients OTC : diminution des métabolites du NO
( plasma et urine )
in plasma
=> DiminutionArg
deand
la NOx
synthèse
deand
NOurine
! of OTC patients
Case
1
2
3
4
5
Normal
Ratnakumari et al 1996
Onsetage
2Y, 6M
1Y, 6M
2Y, 3M
2Y, 6M
3Y, 1M
ranges
Arg
[nmol/L]
U-NOx
[µmol/µmol CRT]
P-NOx
[µmol/L]
20
19
27
26
22
54-130
0.03
0.05
0.04
0.06
0.05
0.09-0.44
6
6
4
7
5
10-41
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)
Cagnon & Braissant 2007
⇒ Effets protecteurs d’antagonistes aux NMDA et d’inhibiteurs de NOS
sur les effets délétères du NO
Olivier Braissant, SFEIM, 16 juin 2015
4: Effets de NH4+ sur l’énergie cérébrale
⇒ 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
nerveuses à NH4+ :
- Inhibition du cycle de Krebs (α−KGDH)
- Diminution de l’α−KG par GLDH (=> Glu)
- Consommation élevée d’ATP par GS (astrocytes)
Lai & Cooper 1986
⇒ Exposition d’astrocytes à
(MPT) :
NH4+ :
(mais pas les neurones)
- Ouverture de la Mitochondrial Permeability Transition
=> défauts dans la phosphorylation oxydative
=> 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)
Olivier Braissant, SFEIM, 16 juin 2015
⇒ Créatine : Synthèse depuis Arg, essentielle pour le développement du SNC
(ATP, cônes de croissance,…)
⇒ 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
NH4+ => déficience secondaire en créatine dans les cellules SNC en
développement
Olivier Braissant, SFEIM, 16 juin 2015
Effets de NH4+ sur l’énergie cérébrale
⇒ Exposition du tissu cérébral à NH4+ :
=> Déficit énergétique dans tous les types cellulaires (neurones, glie)
=> Mort astrocytaire par ouverture des MPT
Cagnon &
Braissant 2007
⇒
Effets neuroprotecteurs de la créatine et de l’acétyl-L-carnitine
évitant le déficit énergétique cérébral sous exposition à NH4+
Olivier Braissant, SFEIM, 16 juin 2015
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
⇒ La croissance axonale est affectée dans des cultures 3D organotypiques de
cellules
cérébrales de rat exposée à NH4+ (NH4Cl 5 mM), avant la synaptogenèse.
Cultures 3D matures 3D, DIV 28,
après synaptogenèse
NH4+ : DIV 20-28.
Contrôle
400
200
0
p-NF-160
NH4Cl 5 mM -
2000
+
NH4Cl 5 mM
Volume AU
Volume AU
Cultures 3D
développementales
DIV 13
NH4+ : DIV 5-13.
1500
1000
500
0
p-NF-160
NH4Cl 5 mM
-
+
⇒ les axones ne sont pas affectés par
NH4+
après la synaptogenèse
Contrôle
NH4Cl 5 mM
Braissant et al 2002
Olivier Braissant, SFEIM, 16 juin 2015
⇒ Créatine essentielle pour la croissance axonale (cônes de croissance)
⇒ Déficience secondaire en créatine dans les cultures cérébrales 3D exposées
à NH4+
Volume AU
⇒ La créatine peut-elle protéger la croissance axonale sous exposition à NH4+ ?
=> Oui ! (glie-dépendent)
Braissant et al 2002 ; Braissant et al 2008
Neurones
+
Glie
p-NF-M
NH4Cl
[5 mM]
Créatine [1 mM]
-
+
-
+
+
-
+
-
+
+
400
200
0
p-NF-160
Neurones p-NF-M
NH4Cl
[5 mM]
Créatine [1 mM]
Olivier Braissant, SFEIM, 16 juin 2015
⇒ La créatine protège la croissance axonale sous NH4+,
uniquement en présence de cellules gliales
Braissant et al 2002
⇒ NH4+ génère une déficience secondaire en créatine dans les cellules
nerveuses
+
+ + creatine
⇒ NH4+ induit le transporteur -de créatine,NH4
SLC6A8,
dans
les astrocytes :
NH4
Axons (NF-M)
SLC6A8 in
astrocytes (GFAP)
Braissant et al 2008
⇒ Ceci pourrait faciliter l’entrée de créatine dans le SNC
⇒
Travail en cours pour
hyperammoniémique
!!! démontrer la protection cérébrale par la créatine
sous NH4+
pendant le développement in vivo
⇒ ? Traitement des nouveaux-nés et enfants hyperammoniémiques avec la
creatine,
Olivier Braissant, SFEIM, 16 juin 2015
6: Apoptose cérébrale induite par NH4+, à travers les voies cdk5 et
caspase
3 cultures 3D organotypiques de
⇒ NH + induit une mort apoptotique
dans les
4
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:
p35
=> Différenciation neuronale (croissance axonale), co-activator
=> Mort neuronale (apoptose), p35 clivé en p25
=> NH4+ induit le clivage de p35 en p25
Cagnon & Braissant 2008
⇒ La roscovitine, inhibiteur de cdk5 sur p35 et
p25,
inhibits l’activation de caspase 3 par
l’ammonium
⇒ cdk5,
une cible
prometteuse
pour
et protège
les neurones
de la mort
prévenir
cellulaire
la mort neuronale induite par NH4+
( necessité d’inhiber spécifiquement cdk5/p25, mais pas cdk5/p35 ).
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
Cagnon & Braissant 2009
⇒ La synthèse de CNTF augmente progressivement au cours du développement
⇒ La synthèse de CNTF est augmentée par l’exposition à NH4+
Olivier Braissant, SFEIM, 16 juin 2015
⇒ NH4+ active p38 dans les astrocytes
⇒ NH4+ active SAPK / JNK dans les oligodendrocytes
Inhibiteurs de p38 et SAPK/JNK sous NH4+ :
⇒ p38 et SAPK/JNK médient
l’augmentation de
CNTF induite par NH4+
p38
Cagnon & Braissant 2009
SP600125 : inhibiteur SAPK/
JNK
SB203580 : inhibiteur p38
SAPK /
JNK
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
Olivier Braissant,
SFEIM,
16 juin 2015
⇒ 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
⇒ CNTF, exogène ( 150 ng/ml ),
protège les oligodendrocytes,
mais pas les neurones,
de la toxicité induite par NH4+
(cultures 3D organotypic de cellules
nerveuses)
Olivier Braissant, SFEIM, 16 juin 2015
Conclusion (1)
Principaux mécanismes pathogènes de l’ammonium cérébral :
⇒ Acides aminés (Gln, Glu, Arg).
⇒ Neurotransmission (Glu, Chol, 5HT).
⇒ Energie cérébrale (ATP, créatine).
⇒ Synthèse de NO.
⇒ Croissances axonale et
dendritique.
⇒ Voies de transduction de signaux.
Olivier Braissant, SFEIM, 16 juin 2015
Conclusion (2)
Principaux mécanismes pathogènes de l’ammonium cérébral :
⇒ 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.
Olivier Braissant, SFEIM, 16 juin 2015
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.
⇒ 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+
Olivier Braissant, SFEIM, 16 juin 2015
Conclusion (4)
Neuroprotection face à la toxicité de l’ammonium :
⇒ Antagonistes de récepteurs
NMDA.
⇒ Inhibiteurs de NOS.
⇒ Créatine.
⇒ Acétyl-L-carnitine.
⇒ Inhibition de cdk5/p25.
⇒ CNTF.
Olivier Braissant, SFEIM, 16 juin 2015
Laurène Cagnon
Olivier Braissant
Marc Loup
Hugues Henry
Service de Biomédecine, CHUV, Lausanne Cristina Culdalbu
Centre d’Imagerie Biomédicale, EPFL, Lausanne Valérie McLin
Service de Pédiatrie, HUG, Genève
Florianne Monnet-Tschudi
Département de Physiologie, UNIL, Lausanne