Un statut pauvre en Acides Gras Poly-Insaturés ω3 (AGPI ω3), favorisé par une alimentation occidentale comportant un faible ratio en ω3/ω6, semble contribuer au déclin cognitif chez les personnes âgées, mais les mécanismes cellulaires impactés sont encore mal connus. Nous avons donc étudié l’influence du statut en ω3 sur l’évolution de la neurotransmission glutamatergique et des fonctions astrocytaires au cours du vieillissement dans l’hippocampe de rats. Ces processus sont impliqués dans la formation de la mémoire et leurs dérégulations participent aux dommages cérébraux conduisant au déclin cognitif. Nous avons comparé 6 groupes de rats agés de 6 et 22 mois nourris avec un régime déficient en ω3, équilibré en ω3/ω6 ou supplémenté en ω3 (huile de poisson) : Jeunes équilibrés (JEq), déficients (JDef) ou supplémentés (JSup) et Agés équilibrés (AEq), déficients (ADef) ou supplémentés (ASup). Nous avons évalué l’efficacité synaptique et la plasticité (enregistrements électrophysiologiques), les fonctions astrocytaires (capture de glutamate et expression de la GFAP), les marqueurs neuronaux (transporteurs et récepteurs du glutamate), les capacités cognitives (Openfield et Labyrinthe de Barnes) et analysé la composition lipidique cérébrale. Les manipulations nutritionnelles d’apport en ω3 modifient efficacement l’incorporation de l’acide docosahexaénoïque (DHA, principale ω3 des membranes cellulaires) dans le cerveau (-50% deficient vs équilibré, +10% supplementé vs équilibré). Le vieillissement induit une diminution de 35% de l’efficacité synaptique en raison d’une baisse de la libération de glutamate pré-synatique, et une diminution de 30% de la capture de glutamate associé à une astrogliose conséquente (+100% GFAP). La déficience en ω3 acentue les effets du vieillissement (rats ADef vs AEq: -35% efficacité synaptique, -15% capture de glutamate, +30% GFAP). Al’inverse, la supplémentation en ω3 améliore l’efficacité synaptique (rats ASup vs AEq +25%) et semble inhiber l’astrogliose chez le rat âgé (ASup vs JEq : pas de modification de la GFAP). Les tests comportementaux montrent que le vieillissement a des effets plus marqués chez les déficients en ω3 et au contraire atténués chez les supplémentés. Nos résultats révèlent des altérations de la synapse glutamatergique de l’hippocampe au cours du vieillissement aggravées par la déficience en ω3 et atténuées par la supplémentation en ω3. Afin d’évaluer l’influence du statut en ω3 sur l’activation astrocytaire, des modèles in vitro d’astrocytes « âgés » et « activés » par des cytokines inflammatoires dont l’augmentation à bas bruit est caractéristique du vieillissement cérébral, ont été développés. / A poor ω3 polyunsaturated fatty acids (ω3 PUFA) status, favored by the low ω3/ω6 ratio in western diets, seems to contribute to cognitive decline in the elderly, but mechanistic evidence is lacking. We therefore explored the impact of ω3 status on the evolution of glutamatergic transmission and astrocytic functions in the hippocampus during ageing in rats. These processes are involved in memory formation and their dysregulation participates to the age-related brain damage leading to cognitive decline. We have compared 6 groups of rats aged 6 to 22 months fed ω3-deficient, ω3/ω6-balanced, or ω3 (fish oil) supplemented diets: Young ω3 Balanced (YB), Deficient (YD) or Supplemented (YS), and Old ω3 Balanced (OB), Deficient (OD) or Supplemented (OS) rats. We have evaluated synaptic efficacy and plasticity (electrophysiological recording), astroglial regulations (glutamate uptake and GFAP expression), neuronal markers (glutamate transporters and receptors), cognitive abilities (Barnes maze and Openfield) and analyzed brain fatty acids composition. Dietary modulation of ω3 intakes efficiently modified the incorporation of docosahexaenoic acid (DHA, the main ω3 in cell membranes) in brain (-50% deficient vs balanced, +10% supplemented vs balanced). Ageing induced a 35% reduction of synaptic efficacy due to decreased pre-synaptic glutamate release, and a 30% decrease in the astroglial glutamate uptake associated to a marked astrogliosis (+100% GFAP). ω3 deficiency further decreased these hallmarks of ageing (OD vs OB rats: -35% synaptic efficacy, -15% glutamate uptake, +30% GFAP). On the opposite, ω3 supplementation increased synaptic efficacy (+25% OS vs OD) and seems to abolish astrogliosis (OS vs YS : no change in GFAP). Behavioural tests showed some increased effects of age in deficient rats and attenuated effects in supplemented ones. Our results characterize some specific age-related alterations of the glutamatergic synapse in the hippocampus that are aggravated by a dietary deficit in ω3 and attenuated by ω3 supplementation. In order to explore ω3 status on astrocytic activation, in vitro models of “old” astrocytes and “activated” by inflammatory cytokines which characterize the low-grade inflammation in brain aging, have been developed.

Le métabolisme énergétique cérébral via l'utilisation du glucose est fortement impliqué dans la production d'énergie nécessaire au fonctionnement du neurone en situation basale et d'activation. Des travaux précédents ont mis en évidence chez le rat chroniquement déficient en acides gras polyinsaturés (AGPI) de la série n-3 une altération de ce métabolisme en situation basale (diminution de l'utilisation cérébrale du glucose et de la densité des transporteurs de glucose GLUT1). Pour cerner les différentes étapes du métabolisme énergétique pouvant être modifiées par les AGPI n-3, l'expression des gènes clés a été mesurée par approche transcriptomique (cartes microfluidiques) chez l'animal déficient en AGPI n-3 ou supplémenté en acide docosahexaénoïque (DHA, 22 :6n-3). Ces mesures ont été réalisées sur deux zones cérébrales (cortex fronto-pariétal et couche CA1 de l'hippocampe) chez les animaux en situation basale et soumis à un environnement enrichi activant ces deux zones cérébrales. Pour ces 2 situations, le niveau d'utilisation cérébrale de glucose a été quantifié par la technique du fluoro-2-déoxyglucose couplée à l'imagerie de tomographie par émissions de positons (18FDG-TEP) chez les animaux déficients en AGPI n-3. L'analyse de la teneur cérébrale en AGPI membranaire a été réalisée par chromatographie en phase gazeuse et une approche in vitro sur culture primaire d'astrocytes a été développée pour apprécier l'impact du DHA sur les paramètres métaboliques de ces cellules.Les principaux résultats montrent que :- la déficience en n-3 diminue de 67% la teneur membranaire en DHA dans les deux zones cérébrales étudiées. Si la déficience induit principalement une diminution spécifique de l'expression de GLUT1 (-33%) dans le cortex fronto-pariétal en situation basale et d'activation, en revanche elle perturbe la neurotransmission glutamatergique dans l'hippocampe en augmentant l'expression des 2 transporteurs de glutamate (GLAST et GLT1). Par ailleurs, les données d'imagerie TEP mettent en évidence un hypométabolisme général du glucose chez les animaux déficients en n-3 en situation basale. Les données recueillies sur le modèle astrocytes soulignent un effet direct du DHA sur l'utilisation du glucose et l'expression de GLUT1 ;- La supplémentation en DHA ne modifie pas de façon appréciable la teneur membranaire en DHA dans les deux zones cérébrales étudiées. Au contraire de la déficience, il apparaît clairement pour la couche CA1 de l'hippocampe que l'expression de l'ensemble des gènes codant pour les complexes enzymatiques du cycle de krebs et de la voie de phosphorylation oxydative est significativement augmentée.Ces résultats originaux laissent ainsi entrevoir la possibilité que les acides gras de cette famille d'AGPI puissent intervenir sur l'énergétique et le fonctionnement de la synapse glutamatergique en modulant 1) le métabolisme glucidique (captage de glucose) et du glutamate en situation de déficit d'apport et 2) la production d'ATP (phosphorylation oxydative) en situation de supplémentation en DHA. L'altération de ces paramètres métaboliques au cours du vieillissement et dans certains désordres neurologiques, liée à un déficit de statut en DHA, mettent en avant les potentialités nutritionnelles des AGPI n-3 comme facteur préventif.

L'équilibre alimentaire entre les AGPI n-6 et les AGPI n-3 joue probablement un rôle important dans le fonctionnement du système nerveux central et notamment dans la régulation de la neurotransmission. Des études suggèrent qu'une déficience en AGPI n-3 renforcerait la sensibilité des individus à des agressions de type chronique, tel que le stress ou le vieillissement. Notre objectif était de caractériser l'impact des apports alimentaires en AGPI n-3 sur la réponse à un stress chronique. Pour cela, la régulation de paramètres biochimiques, comportementaux et électrophysiologiques par un stress chronique de contention a été évaluée chez le rat recevant différents apports alimentaires en AGPI n-3 (déficients en AGPI n-3 ; équilibrés ; enrichis en AGPI-LC n-3). L'influence des glucocorticoïdes (hormones impliquées dans la réponse au stress) et des AGPI sur des fonctions cellulaires participant à la transmission synaptique a été analysée in vitro par des mesures de libération de neurotransmetteurs sur la lignée neuroblastique SH_SY5Y et par l'analyse des propriétés régulatrices astrocytaires en culture primaire.Nos résultats montrent que, chez le rat, la réponse au stress est modulée par les apports alimentaires en AGPI n-3 : la déficience en AGPI n-3 accentue la sensibilité au stress, notamment la réduction de l'activité locomotrice et la sensibilité aux environnements anxiogènes ; à l'inverse, l'enrichissement en AGPI-LC n-3 atténue la réponse au stress chronique, en réduisant la perte de poids, le pic de corticostérone plasmatique et la réponse émotionnelle. Comme le suggèrent les résultats obtenus in vitro, ces effets sont liés à des régulations complexes par les AGPI et les glucocorticoïdes des paramètres de libération de neurotransmetteur, de la plasticité morphologique astrocytaire et de la capacité de capture du glutamate par les astrocytes.

L’équilibre alimentaire entre les AGPI n-6 et les AGPI n-3 joue probablement un rôle important dans le fonctionnement du système nerveux central et notamment dans la régulation de la neurotransmission. Des études suggèrent qu’une déficience en AGPI n-3 renforcerait la sensibilité des individus à des agressions de type chronique, tel que le stress ou le vieillissement. Notre objectif était de caractériser l’impact des apports alimentaires en AGPI n-3 sur la réponse à un stress chronique. Pour cela, la régulation de paramètres biochimiques, comportementaux et électrophysiologiques par un stress chronique de contention a été évaluée chez le rat recevant différents apports alimentaires en AGPI n-3 (déficients en AGPI n-3 ; équilibrés ; enrichis en AGPI-LC n-3). L’influence des glucocorticoïdes (hormones impliquées dans la réponse au stress) et des AGPI sur des fonctions cellulaires participant à la transmission synaptique a été analysée in vitro par des mesures de libération de neurotransmetteurs sur la lignée neuroblastique SH_SY5Y et par l’analyse des propriétés régulatrices astrocytaires en culture primaire.Nos résultats montrent que, chez le rat, la réponse au stress est modulée par les apports alimentaires en AGPI n-3 : la déficience en AGPI n-3 accentue la sensibilité au stress, notamment la réduction de l’activité locomotrice et la sensibilité aux environnements anxiogènes ; à l’inverse, l’enrichissement en AGPI-LC n-3 atténue la réponse au stress chronique, en réduisant la perte de poids, le pic de corticostérone plasmatique et la réponse émotionnelle. Comme le suggèrent les résultats obtenus in vitro, ces effets sont liés à des régulations complexes par les AGPI et les glucocorticoïdes des paramètres de libération de neurotransmetteur, de la plasticité morphologique astrocytaire et de la capacité de capture du glutamate par les astrocytes. / Dietary balance between n-6 PUFA and n-3 PUFA probably plays a major role in the regulation of brain function. Some studies suggest that an n-3 PUFA deficiency exacerbates the sensitivity of individuals to emotional disturbances, such as chronic stress. The aim of our work was to determine the impact of n-3 PUFA dietary intakes on stress response. The regulation of biochemical, electrophysiological and behavioural parameters by chronic restraint stress has been evaluated in rats receiving different n-3 PUFA supplies (n-3 PUFA deficient, balanced, n-3 LC-PUFA enriched). In parallel, we have conduced an in vitro study to characterize the effects of glucocorticoids (one of the major hormone involved in stress response) and of PUFA on the release of neurotransmitter (in human neuroblastoma SH_SY5Y cells) and on several astrocytic properties involved in synaptic regulation (in primary culture of rat astrocytes). In rats, we have shown that stress response is modulated by the n-3 PUFA status: the n-3 PUFA deficiency exacerbated the sensibility to stress, by aggravating the reduction of locomotor activity and the sensibility to anxiogenic environment; conversely, the n-3 LC-PUFA enrichment reduced rat responses to chronic stress, by limiting the weight loss, the increase in plasma corticosterone and the emotional response. As suggested by the results obtained in vitro, these effects are linked to complex influences of PUFA and glucocorticoids on the release of neurotransmitter and on astroglial morphological plasticity and glutamate uptake capacity.

Le métabolisme énergétique cérébral via l’utilisation du glucose est fortement impliqué dans la production d’énergie nécessaire au fonctionnement du neurone en situation basale et d’activation. Des travaux précédents ont mis en évidence chez le rat chroniquement déficient en acides gras polyinsaturés (AGPI) de la série n-3 une altération de ce métabolisme en situation basale (diminution de l’utilisation cérébrale du glucose et de la densité des transporteurs de glucose GLUT1). Pour cerner les différentes étapes du métabolisme énergétique pouvant être modifiées par les AGPI n-3, l’expression des gènes clés a été mesurée par approche transcriptomique (cartes microfluidiques) chez l’animal déficient en AGPI n-3 ou supplémenté en acide docosahexaénoïque (DHA, 22 :6n-3). Ces mesures ont été réalisées sur deux zones cérébrales (cortex fronto-pariétal et couche CA1 de l’hippocampe) chez les animaux en situation basale et soumis à un environnement enrichi activant ces deux zones cérébrales. Pour ces 2 situations, le niveau d’utilisation cérébrale de glucose a été quantifié par la technique du fluoro-2-déoxyglucose couplée à l’imagerie de tomographie par émissions de positons (18FDG-TEP) chez les animaux déficients en AGPI n-3. L’analyse de la teneur cérébrale en AGPI membranaire a été réalisée par chromatographie en phase gazeuse et une approche in vitro sur culture primaire d’astrocytes a été développée pour apprécier l’impact du DHA sur les paramètres métaboliques de ces cellules.Les principaux résultats montrent que :- la déficience en n-3 diminue de 67% la teneur membranaire en DHA dans les deux zones cérébrales étudiées. Si la déficience induit principalement une diminution spécifique de l’expression de GLUT1 (-33%) dans le cortex fronto-pariétal en situation basale et d’activation, en revanche elle perturbe la neurotransmission glutamatergique dans l’hippocampe en augmentant l’expression des 2 transporteurs de glutamate (GLAST et GLT1). Par ailleurs, les données d’imagerie TEP mettent en évidence un hypométabolisme général du glucose chez les animaux déficients en n-3 en situation basale. Les données recueillies sur le modèle astrocytes soulignent un effet direct du DHA sur l’utilisation du glucose et l’expression de GLUT1 ;- La supplémentation en DHA ne modifie pas de façon appréciable la teneur membranaire en DHA dans les deux zones cérébrales étudiées. Au contraire de la déficience, il apparaît clairement pour la couche CA1 de l’hippocampe que l’expression de l’ensemble des gènes codant pour les complexes enzymatiques du cycle de krebs et de la voie de phosphorylation oxydative est significativement augmentée.Ces résultats originaux laissent ainsi entrevoir la possibilité que les acides gras de cette famille d’AGPI puissent intervenir sur l’énergétique et le fonctionnement de la synapse glutamatergique en modulant 1) le métabolisme glucidique (captage de glucose) et du glutamate en situation de déficit d’apport et 2) la production d’ATP (phosphorylation oxydative) en situation de supplémentation en DHA. L’altération de ces paramètres métaboliques au cours du vieillissement et dans certains désordres neurologiques, liée à un déficit de statut en DHA, mettent en avant les potentialités nutritionnelles des AGPI n-3 comme facteur préventif. / Cerebral energy metabolism via glucose utilization is heavily involved in the production of energy required to the neuron in basal conditions and activation. Previous work has shown in rats chronically deficient in n-3 polyunsaturated fatty acids (PUFA) altered the metabolism in basal condition (decrease of cerebral glucose use and density of glucose transporters GLUT1). To identify the different stages of energy metabolism may be modified by n-3 PUFA, the expression of key genes was measured by transcriptomic approach (Taqman Low Density Arrays) in animals deficient in n-3 PUFA or docosahexaenoic acid supplementation (DHA, 22:6n-3). These measurements were performed on two brain areas (fronto-parietal cortex and layer CA1 of the hippocampus) in animals in basal condition or submit to an enriched environment. For these two situations, the level of cerebral glucose utilization was quantified by the technique of fluoro-2-deoxyglucose imaging coupled with positron emission tomography (18FDG-PET) only in deficient n-3 PUFA animals. Analysis of brain PUFA content of membrane was performed by gas chromatography and an in vitro approach to primary culture of astrocytes was developed to assess the impact of DHA on metabolic parameters of these cells.The main results show that: - n-3 Deficiency decreases from 67% in membrane DHA content in both brain areas studied. If the deficiency induces mainly a decrease in the specific expression of GLUT1 (-33%) in the fronto-parietal cortex in basal and activation conditions, however it disrupts glutamatergic neurotransmission in the hippocampus by increasing the expression of two glutamate transporters (GLAST and GLT1). In addition, PET data show a general hypometabolism of glucose in animals deficient in n-3 in basal situation. Data collected on the model astrocytes point to a direct effect of DHA on glucose utilization and expression of GLUT1; - DHA supplementation does not alter significantly the membrane content of DHA in both brain areas studied. Unlike the n-3 deficiency, it is clear for the layer CA1 of the hippocampus that the expression of all genes encoding the enzyme complexes of the Krebs cycle and oxidative phosphorylation pathway is significantly increased. These original results suggest the possibility that the fatty acids of the n-3 PUFAs family can act on the energy and functioning of the glutamatergic synapse by modulating 1) glucose metabolism (glucose uptake) and glutamate in deficit intake situation and 2) the production of ATP (oxidative phosphorylation) in DHA supplementation. The alteration of these metabolic parameters during aging and certain neurological disorders, related to a deficit of DHA status, highlight the potential of dietary n-3 PUFA as a preventive factor.

Notre étude a montré l’implication de la déficience de PPARα dans la modulation de latranscription des gènes de l’insuline et de l’inflammation des adipocytes chez les sourisadultes C57BL/6J (WT) et PPARα-null. A jeun, les souris PPARα-null sont hypoglycémiquespar rapport aux animaux témoins WT. La concentration en insuline et l’expression de sesARNm pancréatiques, par rapport aux animaux témoins, sont diminuées chez les sourisPPARα-null, suggérant que la suppression du gène de PPARα contribuait à la faibletranscription de ces gènes. De plus, la suppression du gène de PPARα aboutit à la diminutiondes facteurs de transcription des gènes de l’insuline comme Pdx-1, Nkx6.1 et MafA. En outre,la capacité pancréatique fonctionnelle est aussi détériorée par la suppression du gène dePPARα puisque le pancréas des souris PPARα-null exprime de faibles taux de Glut2 et deglucokinase. Les souris PPARα-null expriment des taux élevés d’adiponectine et de leptinecomparées aux souris témoins. Dans les tissus adipeux, les souris PPARα-null présentent uneaugmentation de l’expression de CD14 et CD68 généralement exprimés par les macrophages.La suppression du gène de PPARα diminue, au niveau des adipocytes, l’expression de MCP-1, TNFα, IL-1β, IL-6 et RANTES, alors que l’expression de TLR-2 et de TLR-4 (récepteurspro-inflammatoires) était élevée dans les tissus adipeux. Ces résultats suggèrent qu’encondition normale, la déficience en PPARα, chez les souris est impliquée dans la modulationde la transcription des gènes de l’insuline et le statut inflammatoire du tissu adipeux.En outre, l'invalidation du gène de PPARα dans les cellules T a abouti àl'augmentation de T-bet et la diminution de GATA-3 tant aux niveaux de la protéine que del’ARNm. Comme prévu, l’acide Docosahexaénoïque (DHA) a exercé non seulement un effetinhibiteur sur la prolifération des cellules T, mais aussi a diminué la sécrétion d’IFN-γ etstimulé la sécrétion de l’IL-4 dans les deux types cellulaires. Le DHA a aussi diminué T-bet etaugmenté GATA-3 tant au niveau de la transcription qu’au niveau de la protéine. Quoique lescellules T des souris PPARα-null ont exprimé un plus fort niveau de phosphorylation de p38MAP kinase que les cellules T de WT, le DHA a diminué la phosphorylation des MAPkinases (p38 et ERK1/2) dans tous les deux les types cellulaires. Les inhibiteurspharmacologiques des MAP kinases ont aussi diminué T-bet et augmenté GATA-3 dans lescellules T. Ces résultats démontrent que le DHA, via son action sur les MAP kinases, modulel'expression des facteurs de transcription. Ces résultats expliquent aussi le mécanisme d'actionde cet acide gras sur la différenciation des cellules T dans la maladie et la santé / We assessed, in this study, the effects of PPARα deficiency on the expression of mRNAencoding for insulin gene transcription factors in pancreatic β-cells along with thoseimplicated in inflammation in adipose tissues. On fasting, the adult PPARα-null mice werehypoglycemic. Serum insulin concentrations and its pancreatic mRNA transcripts weredownregulated in PPARα-null mice, suggesting that PPARα gene deletion contributes to lowinsulin gene transcription. The PPARα gene deletion downregulates the mRNA expression ofinsulin gene transcription factors, i.e., Pdx-1, Nkx6.1 and MafA. Besides, the pancreaticfunction was diminished by PPARα deficiency as PPARα-null mice expressed low pancreaticGlut2 and glucokinase mRNA. PPARα-null mice also expressed high adiponectin and leptinmRNA levels compared to wild type animals. Adipose tissues of PPARα-null mice exhibitedupregulation of CD14 and CD68 mRNA, generally expressed by macrophages. PPAR-a genedeletion downregulates the adipocyte mRNA of certain pro inflammatory agents, like MCP-1,TNF-a, IL-1b, IL-6, and RANTES, though pro-inflammatory TLR-2 and TLR-4 mRNAswere upregulated in the adipose tissues. Our results suggest that PPAR-a deficiency, in mice,is implicated in the modulation of insulin gene transcription and inflammatory status inadipose tissues.The another part of the study was conducted on CD4+ T-cells, isolated from wild type(WT) and PPARα-null mice, in order to assess the mechanismof action of docosahexaenoicacid (DHA), an n-3 fatty acid, in the modulation of two transcription factors, i.e., T-bet andGATA-3, implicated in T-cell differentiation towards, respectively, TH1 and TH2 phenotype.The T-cells from PPARα-null mice secreted higher IFN-γ and lower IL-4 concentrations thanWT T-cells. Furthermore, the deletion of PPAR-α gene in T-cells resulted in the upregulationof T-bet and downregulation of GATA-3 both at mRNA and protein levels. DHA exerted notonly an inhibitory effect on T-cell proliferation, but also diminished IFN-γ and stimulated IL-4 secretions in both cell types. DHA also downregulated T-bet and upregulated GATA-3 bothat transcription and protein levels. Though the T-cells from PPARα-null mice expressedhigher p38 phosphorylation than WT T-cells, DHA diminished the MAP kinasephosphorylation (p38 and ERK1/2) in both the cell types. The pharmacological inhibitors ofMAP kinases also downregulated T-bet and upregulated GATA-3 in T-cells. Altogether, theseresults demonstrate that DHA, via its action on MAP kinases, modulates the expression oftranscription factors. These results also explain the mechanism of action of this fatty acid onT-cell differentiation in disease and health

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Fatty acids (FA) are constituents of neuronal phospholipid membranes, where they are essential for the development and functioning of the brain. During the peak of neuronal growth, occurring during the last week of gestation and lactation, there is a rapid accumulation of long-chain polyunsaturated FA (LC-PUFAs), which are synthesized from a physiologically appropriate supply of essential fatty acids (EFA) for normal fetal and neonatal development , ensuring the development of neurological functions. During the last decades, there occurred changes in dietary habits in Western countries, mainly with increased consumption of trans fatty acids (TFA) and omega-6 (n-6) at the expense of consumption of omega-3 (n-3). These changes may increase oxidative damage and alter neuronal neuroplasticity, thereby facilitating the development of neuropsychiatric diseases such as bipolar disorder (BD). Through a model of amphetamine-induced mania in rats, we evaluated comparatively the influence of daily supplementation of different fats since pre-conception until weaning of 1st and 2nd generation litters on behavioral parameters in conjunction with biochemical changes in brain regions. Three groups of female Wistar rats were supplemented (3g/kg; p.o. per day) from one week before conception through pregnancy and breast-feeding with fish oil (FO, rich in n-3 PUFA), soybean oil (SO; rich in PUFA n-6) or hydrogenated vegetable fat (HVF; rich in TFA). During weaning, pups of both sexes were kept under the original supplementation until 90 days of age. While male offspring were included in the study of the 1st generation, females were mated and maintained in the same supplementation, thus obtaining animals of the 2nd generation, which were used in the 2nd study and divided into 3 experiments. In the study of the 1st generation at 90 days of age, one half of each supplementation group was treated with a daily dose of amphetamine (AMPH 4mg/kg, ip) or saline (control) for 14 days, when they were subjected to behavioral tests and biochemical assessments in the cortex, striatum and hippocampus. HVF supplementation was associated with TFA incorporation in the three structures, increased AMPH-induced locomotor activity, and increased oxidative damage. Since FO supplementation increased DHA percentage and decreased the n6/n3 ratio in the three regions analyzed, it may have improved membrane fluidity and reduced oxidative stress in such animals. Adult male rats born from the 2nd generation were also exposed to an animal model of mania induced by amphetamine and used in two different experiments. In the first experiment, animals were evaluated for memory behavior and biochemical and molecular analysis in the hippocampus, in which these parameters were decreased by HVF supplementation and improved by FO supplementation. In the second experiment, animals were evaluated regarding hyperactivity and biochemical and molecular analyses in the cortex, where again HVF supplementation was associated with loss in some parameters. In a third experiment we evaluated the influence of trans fat supplementation in rats exposed to the same mania animal model and the response to lithium (a mood stabilizing drug) treatment in 1st and 2nd generation animals. Lithium was able to reverse all AMPH-induced effects. Taken together, our findings suggest that the increased consumption of processed foods, which are rich in trans fat, may be related to an increased incidence of neuropsychiatric conditions. Conversely, a balanced diet, which includes omega-3 sources , reduces susceptibility to developing such conditions, possibly by changing the composition of the neuronal phospholipid membrane. / Ácidos graxos (AG) são fosfolipídeos constituintes das membranas neuronais onde são fundamentais para o desenvolvimento e funcionamento do cérebro. Durante o pico do crescimento neuronal, o qual ocorre durante a última semana de gestação e período de aleitamento, há um rápido acúmulo de AG poliinsaturados de cadeia longa (AGPI-CL) para o desenvolvimento fetal e neonatal normal, garantindo o desenvolvimento de suas funções neurológicas. Durante as últimas décadas foram observadas mudanças nos hábitos alimentares, principalmente em países ocidentais, devido ao aumento do consumo de AG trans e ômega-6 (n-6) em detrimento do consumo de AG ômega-3 (n-3). Estas mudanças podem favorecer o desenvolvimento de processos oxidativos e alterar a neuroplasticidade neuronal, facilitando assim o desenvolvimento de doenças neuropsiquiátricas, e dentre estas, o transtorno bipolar (TB). Através de um modelo animal de mania induzido por anfetamina, avaliamos comparativamente a influência da suplementação diária de óleos ou gordura desde o período pré-concepcional até o desmame das ninhadas em regiões cerebrais dos filhotes de 1ª e de 2ª geração. Três grupos de ratas Wistar foram suplementadas diariamente (3g/kg/v.o.) desde uma semana antes da concepção, durante a gestação e aleitamento com óleo de peixe (OP, rico em AGPI n-3); óleo de soja (rico em AGPI n-6) ou gordura vegetal hidrogenada (GVH; rica em AGT). No período de desmame, filhotes de ambos os sexos foram mantidos sob a mesma suplementação original até 90 dias de idade. Enquanto os filhotes machos foram incluídos no estudo da 1ª geração, as fêmeas foram separadas e acasaladas nas mesmas condições de suplementação já descritas, obtendo-se assim, animais adultos de 2ª geração, os quais foram incluídos no 2º estudo e divididos em 3 experimentos. No estudo de 1ª geração, aos 90 dias de idade, metade de cada suplementação foi tratada com uma dose diária de anfetamina (4mg/Kg, ip) ou solução salina (controle), durante 14 dias, quando foram submetidos aos testes comportamentais e avaliações bioquímicas no córtex, estriado e hipocampo. A suplementação com GVH favoreceu a incorporação de AGT nas três estruturas cerebrais descritas, aumentou a atividade locomotora induzida por ANF e aumentou os danos oxidativos. Já a suplementação com OP permitiu um aumento da porcentagem de DHA, diminuindo a razão AGPI n6/n3 nas três regiões avaliadas, o que pode ter contribuído para uma maior fluidez das membranas neurais e menor incidência de danos oxidativos. Ratos machos adultos da 2ª geração foram também expostos ao modelo animal de mania induzido por anfetamina, sendo porém separados em dois experimentos distintos: no primeiro experimento, além de avaliações comportamentais relacionadas à memória, marcadores do status oxidativo e análises moleculares foram feitas no hipocampo, sendo observado um prejuízo destes parâmetros no grupo suplementado com GVH, enquanto o grupo OP mostrou efeitos benéficos. No segundo experimento, além do comportamento locomotor, análises bioquímicas e moleculares foram feitas no córtex, quando novamente, a suplementação com GVH mostrou efeitos deletérios. No terceiro experimento avaliamos a influência da suplementação de gordura trans em animais de 1ª e 2ª geração sobre o mesmo modelo animal de mania e a resposta farmacológica ao carbonato de lítio (droga estabilizadora do humor), quando observamos que o lítio foi capaz de reverter todos efeitos induzidos pela ANF. Tomados em conjunto, os dados apresentados nesta tese sugerem que o consumo aumentado de alimentos industrializados, os quais são ricos em grodura trans, podem estar envolvidos no aumento da incidência de doenças neuropsiquiátricas. Contrariamente, uma alimentação balanceada, a qual inclui fontes de omega-3, reduz a suscetibilidade para o desenvolvimento de tais condições, em decorrência das possíveis alterações na composição fosfolipídica das membranas neurais.

L’obésité est une maladie associée à des altérations métaboliques et inflammatoires et constitue un facteur de risque important de développer des comorbidités telles qu’un diabète de type 2. De plus, la prévalence de troubles de l’humeur et de la cognition est élevée chez les sujets obèses. Ces troubles neuropsychiatriques compliquent la prise en charge de l’obésité, contribuent à son aggravation et peuvent à terme favoriser le développement des comorbidités associées. Diminuer le développement de ces troubles pourrait donc permettre d’améliorer la santé et la qualité de vie des individus obèses. Dans ce contexte, l’objectif de cette thèse a été de comprendre les mécanismes neurobiologiques sous-tendant l’apparition de ces troubles neuropsychiatriques, dans le but d’identifier de nouvelles cibles potentielles pour le développement de stratégies préventives et/ou thérapeutiques visant à les réduire. Dans ce but, des modèles animaux d’obésité tels que la souris db/db, qui présentent une obésité sévère associée à des altérations caractéristiques du syndrome métabolique, peuvent être particulièrement utiles.[ ]Dans un premier temps, nous avons montré qu’une restriction calorique ou un traitement anti-inflammatoire diminuait les comportements de type anxieux chez la souris db/db. Cette amélioration était associée à une diminution sélective de l’expression génique du TNF-α dans l’hippocampe, ce qui suggère une contribution de cette cytokine pro-inflammatoire dans les comportements de type anxieux associés à l’obésité. Nous avons ensuite confirmé cette hypothèse en montrant que le blocage sélectif du TNF-α cérébral par administration i.c.v. d’étanercept (un récepteur leurre du TNF-α) diminuait les comportements de type anxieux chez les souris db/db. De façon intéressante, des mesures électrophysiologiques ont permis de montrer que cette amélioration des comportements émotionnels par l’étanercept impliquait la modulation de l’activité spontanée des neurones dans l’hippocampe ventral, région connue pour son rôle dans la régulation des émotions. Dans un second temps, nous avons essayé d’identifier de nouvelles stratégies préventives et/ou thérapeutiques pour améliorer l’humeur et la cognition chez les sujets obèses. Nous avons donc évalué l’effet d’un régime enrichi en acides gras polyinsaturés de type n-3 et antioxydants sur les altérations comportementales des souris db/db. En effet, ces nutriments sont connus pour moduler différents paramètres neurobiologiques impliqués dans la régulation du comportement. Nous avons montré que la consommation chronique de ce régime supprimait les déficits de mémoire spatiale dépendante de l’hippocampe chez les souris db/db dans le test de la piscine de Morris et que cette amélioration cognitive était probablement sous-tendue par des changements de plasticité neuronale. Enfin, nous avons évalué si des manipulations du microbiote intestinal pouvaient représenter une stratégie préventive et/ou thérapeutique pour améliorer les altérations neuropsychiatriques associées à l’obésité. Nous avons donc mesuré l’impact d’une manipulation du microbiote intestinal par des prébiotiques sur les altérations métaboliques et comportementales des souris db/db, mais également sur les systèmes biologiques et neurobiologiques auxquels elles sont associées. Nous avons montré que les améliorations métaboliques induites par l’administration de prébiotiques chez la souris db/db étaient accompagnées d’une diminution de l’inflammation périphérique et centrale. [ ] Pour conclure, ces expériences contribuent à montrer que l’inflammation, en particulier le TNF-α, pourrait être une cible importante pour le développement de traitements visant à améliorer les troubles de l’humeur chez les sujets obèses ; alors que des interventions nutritionnelles avec des nutriments d’intérêt pourrait plutôt aider à protéger des altérations métaboliques et/ou cognitives chez ces patients. / Obesity is a metabolic and inflammatory disorder that represents a major risk factor for the development of comorbidities such as type 2 diabetes. Obese patients also often experience mood and cognitive dysfunctions that represent important risk factors for aggravation of obesity and related outcomes. Reducing the development of such alterations may therefore allow improving health and quality of life of obese subjects. In this context, this thesis aimed to decipher the neurobiological mechanisms underlying such neuropsychiatric alterations, in order to identify new targets for the development of potential preventive and/or therapeutic strategies aiming to reduce these alterations. To do so, rodent models of obesity such as the db/db mice, which display severe obesity associated with classical features of metabolic syndrome, can be particularly useful.[ ] Second, we have investigated whether a nutritional intervention with n-3 polyunsaturated fatty acids (n-3 PUFAs) and antioxidants, which are well-known to display anti-inflammatory and neuroprotective properties, improved obesity-associated neuropsychiatric alterations. In addition, we have measured the consequences of chronic administration of the prebiotic oligofructose on the behavioral alterations displayed by db/db mice since previous studies pointed to the gut microbiota as an important player in the regulation of behavior. Finally, we have investigated the potential underlying mechanisms by measuring the impact of this treatment on the metabolism and systemic inflammation, but also on neurobiological systems known to be involved in the control of food intake and behavior. We first showed that an anti-inflammatory treatment or caloric restriction reduced anxiety-like behaviors, and this was associated with a selective decrease of hippocampal TNF-α mRNA expression, suggesting that this pro-inflammatory cytokine likely contributes to induce anxiety-like behavior associated with obesity. We then nicely confirmed this assumption by showing that selectively blocking brain TNF-α by chronically administrating etanercept i.c.v. (TNF-α decoy receptor) indeed decreased anxiety-like behaviors in obese db/db mice.[ ] Secondly, we tried identifying new preventive and/or therapeutic strategies aiming to improve mood and cognitive alterations associated with obesity. Hence, we measured if an n-3 polyunsaturated fatty acids/antioxidants enriched diet, well-known to modulate different neurobiological mechanisms potentially involved in behavioral alterations displayed by db/db mice, improved their behavioral alterations. We showed that chronic consumption of this diet reversed hippocampus-dependent spatial memory deficits displayed by db/db mice in a water-maze task and that this effect likely involved modulation of neuronal plasticity. Thirdly, we tested whether manipulating the gut microbiota composition may constitute a preventive and/or therapeutic strategy to improve the neuropsychiatric alterations associated with obesity. Hence, we assessed for the first time the effect of microbiota manipulation with a prebiotic on the metabolic and behavioral alterations displayed by db/db mice, but also on their systemic and neurobiological correlates. We showed that improvement of metabolic alterations following prebiotic administration in db/db mice was associated with selective reduction of peripheral and central inflammation, which is however not accompanied by detectable improvement of anxiety-like behavior or spatial memory deficits. To conclude, these experiments contribute to show that inflammation, and especially TNF-α, could be an important target to develop therapeutic treatments for mood alterations associated with obesity, whereas nutritional interventions with selective nutrients of interest may rather help preventing associated metabolic and/or cognitive alterations.

De nombreuses pathologies psychiatriques, telles que la schizophrénie, les troubles bipolaires ou la dépression majeure, bien que très différentes, ont en commun une dysfonction du système de récompense et de motivation en lien avec une altération de la transmission dopaminergique. Par ailleurs, ces pathologies s’accompagnent de modifications du métabolisme lipidique et en particulier d’une diminution des taux en acide docosahexaenoic (DHA), le principal acide gras polyinsaturé (AGPI) n-3 dans le système nerveux central. Cependant, bien que certaines études cliniques décrivent des effets bénéfiques de supplémentations en AGPI n-3 sur certains symptômes psychiatriques, ces résultats restent controversés, et l’implication de la modification du statut lipidique dans l’étiologie de ces pathologies reste très peu étudiée. Le but de ce travail a été d’établir s’il existe un lien causal entre une déficience en AGPI n-3 et certains endophénotypes neurobiologiques et comportementaux caractéristiques de pathologies psychiatriques. En particulier, nous avons fait l’hypothèse que la déficience en AGPI n-3 pourrait conduire à un dysfonctionnement de la transmission dopaminergique mésolimbique. Dans cette étude, des tâches de conditionnement opérant chez la souris nous ont permis de mettre en évidence un déficit motivationnel à l’âge adulte induit par une déficience développementale en AGPI n-3 qui est partiellement prévenu par une supplémentation en AGPI n-3 à la naissance, mais pas au sevrage. Ce déficit motivationnel s’accompagne d’une altération de la transmission dopaminergique comme le suggère la réduction de la sensibilité au psychostimulant, l’amphétamine. Plus précisément, nous avons pu montrer que la déficience en AGPI n-3 conduit à une dysfonction des propriétés électrophysiologiques des neurones épineux moyens (medium spinyneurons ou MSN) dans le noyau accumbens (NAc), population neuronale centrale pour la modulation de la motivation. En effet la carence en AGPI n-3 induit une réduction de l’excitabilité des MSNs de la voie directe (dMSNs) qui expriment le récepteur dopaminergique de type D1, associée à une augmentation de la transmission inhibitrice reçue par ces neurones. Ces modifications sont restaurées par l’application de l’agoniste des récepteurs dopaminergiques D2 (RD2), le quinpirole. Ces données nous ont amené à faire l’hypothèse que la diminution d’excitabilité des dMSNs sous déficience en AGPI n-3 résulte de l’augmentation de la transmission GABA issue des MSNs de la voie indirecte (iMSNs) exprimant le RD2. En accord avec ces résultats, par utilisation d’un transgène Cre-dépendant permettant l’expression de l’acide gras désaturase FAT1, nous démontrons que la normalisation des taux d’AGPI dans les iMSN sélectivement, est suffisante pour restaurer les propriétés électrophysiologiques des dMSNs. Par ailleurs, l’expression de la FAT1 dans les neurones exprimant le D2R – mais pas ceux exprimant le D1R - est suffisante pour normaliser le déficit motivationnel en situation de carence. Nos résultats montrent donc un lien causal entre des modifications de taux d’AGPI dans une sous-population neuronale spécifique et une altération comportementale. Par ailleurs, notre étude suggère que la diminution des taux d’AGPI décrite dans plusieurs pathologies psychiatriques pourrait directement participer à l’expression de certains symptômes tels que l’avolition ou l’apathie. / Various, though distinct psychiatric disorders, such as Schizophrenia, bipolar disorder or major depression are associated with a dysfunction of the reward system linked to an alteration of dopamine transmission. Furthermore, these pathologies are also accompanied by changes in lipid metabolism and in particular a decrease in the brain content of docosahexaenoic acid (DHA), the main n-3 polyunsaturated fatty acid (PUFA) in the nervous system. However, despite that n-3 PUFA supplementation seems to improve or prevent some psychiatric symptoms, these results are still controversial and the implication of brain lipid composition in the etiology of psychiatric endophenotypes has been overlooked. The aim of this study was to investigate a potential causal link between n-3 PUFA deficiency and common neurobiological and behavioral endophenotypes of psychiatric disorders. In particular, the hypothesis was that n-3 PUFA deficiency could lead to dysfunctions of mesolimbic dopamine transmission and associated behaviors. Using operant conditioning tasks in mice, we showed that developmental n-3 PUFA deficiency leads to a motivational deficit at adulthood, that is partially reversed by n-3 PUFA supplementation starting at birth, but not at weaning. This motivational deficit was associated with an alteration of dopaminergic transmission as revealed by the reduced sensitivity to the psychostimulant amphetamine. More precisely, we showed that n-3 PUFA deficiency leads to alterations in electrophysiological properties of medium spiny neurons (MSNs) in the nucleus accumbens (NAc), main actors in motivational processes. Indeed, MSNs from the direct pathway (dMSNs), that express dopaminergic D1 receptors, displayed a decrease in neuronal excitability in parallel with an increase of inhibitory input onto these neurons. These alterations were reversed by the dopaminergic D2 receptor (D2R) agonist quinpirole. These data led us to hypothesize that the decreased dMSN excitability induced by n-3 PUFA deficiency could result from an increase of the inhibitory input of MSNs from the indirect pathway (iMSNs that expresses D2R), called lateral inhibition. Accordingly, using a transgenic approach that allows the expression of the fatty acid desaturase FAT1 in a credependent manner, we showed that rescuing appropriate PUFA levels in D2R-expressing neurons selectively (including iMSNs), was sufficient to reverse alterations in electrophysiological properties of MSNs induced by n-3 PUFA deficiency. Moreover, the selective expression of FAT1 in D2-expressing neurons – but not in D1-expressing neurons – reversed the motivational deficit observed in n-3 PUFA deficient mice. We demonstrated the existence of a causal link between modifications in PUFA levels in a discrete neuronal population and behavioral alterations. Overall, this study suggests that altered PUFA levels, observed in some psychiatric disorders, could directly participate in the development of symptoms such as avolition or apathy.

Notre étude a montré l'implication de la déficience de PPARα dans la modulation de latranscription des gènes de l'insuline et de l'inflammation des adipocytes chez les sourisadultes C57BL/6J (WT) et PPARα-null. A jeun, les souris PPARα-null sont hypoglycémiquespar rapport aux animaux témoins WT. La concentration en insuline et l'expression de sesARNm pancréatiques, par rapport aux animaux témoins, sont diminuées chez les sourisPPARα-null, suggérant que la suppression du gène de PPARα contribuait à la faibletranscription de ces gènes. De plus, la suppression du gène de PPARα aboutit à la diminutiondes facteurs de transcription des gènes de l'insuline comme Pdx-1, Nkx6.1 et MafA. En outre,la capacité pancréatique fonctionnelle est aussi détériorée par la suppression du gène dePPARα puisque le pancréas des souris PPARα-null exprime de faibles taux de Glut2 et deglucokinase. Les souris PPARα-null expriment des taux élevés d'adiponectine et de leptinecomparées aux souris témoins. Dans les tissus adipeux, les souris PPARα-null présentent uneaugmentation de l'expression de CD14 et CD68 généralement exprimés par les macrophages.La suppression du gène de PPARα diminue, au niveau des adipocytes, l'expression de MCP-1, TNFα, IL-1β, IL-6 et RANTES, alors que l'expression de TLR-2 et de TLR-4 (récepteurspro-inflammatoires) était élevée dans les tissus adipeux. Ces résultats suggèrent qu'encondition normale, la déficience en PPARα, chez les souris est impliquée dans la modulationde la transcription des gènes de l'insuline et le statut inflammatoire du tissu adipeux.En outre, l'invalidation du gène de PPARα dans les cellules T a abouti àl'augmentation de T-bet et la diminution de GATA-3 tant aux niveaux de la protéine que del'ARNm. Comme prévu, l'acide Docosahexaénoïque (DHA) a exercé non seulement un effetinhibiteur sur la prolifération des cellules T, mais aussi a diminué la sécrétion d'IFN-γ etstimulé la sécrétion de l'IL-4 dans les deux types cellulaires. Le DHA a aussi diminué T-bet etaugmenté GATA-3 tant au niveau de la transcription qu'au niveau de la protéine. Quoique lescellules T des souris PPARα-null ont exprimé un plus fort niveau de phosphorylation de p38MAP kinase que les cellules T de WT, le DHA a diminué la phosphorylation des MAPkinases (p38 et ERK1/2) dans tous les deux les types cellulaires. Les inhibiteurspharmacologiques des MAP kinases ont aussi diminué T-bet et augmenté GATA-3 dans lescellules T. Ces résultats démontrent que le DHA, via son action sur les MAP kinases, modulel'expression des facteurs de transcription. Ces résultats expliquent aussi le mécanisme d'actionde cet acide gras sur la différenciation des cellules T dans la maladie et la santé