Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

La Vitamine K (VK) est largement reconnue pour son rôle dans la coagulation sanguine toutefois, de plus en plus de travaux indiquent son implication dans la fonction cérébrale. La VK est requise pour l'activation de différentes protéines, par exemple la protéine Gas6, et la ménaquinone-4 (MK-4), le principal vitamère K dans le cerveau, est impliquée dans le métabolisme des sphingolipides. Dans un rapport précédent, nous avons montré qu'un régime alimentaire faible en VK tout au long de la vie était associé à des déficits cognitifs chez des rats âgés. La warfarine sodique est un puissant antagoniste de la VK qui agit en bloquant le cycle de la VK, provoquant un «déficit relatif de VK » au niveau cellulaire. À la lumière du rôle émergent de la VK dans le cerveau, la warfarine pourrait représenter un facteur de risque pour la fonction cérébrale. Ce travail est donc pertinente en raison de la forte proportion d'adultes traîtés à la warfarine sodique. Dans la présente étude, 14 rats mâles Wistar ont été traités avec 14 mg de warfarine/kg /jour (dans l'eau potable) et des injections sous-cutanées de VK (85 mg/kg), 3x/sem, pendant 10 semaines. Quatorze rats témoins ont été traités avec de l'eau normale et injectés avec une solution saline. Les rats ont été soumis à différents tests comportementaux après quoi les niveaux de phylloquinone, MK-4, sphingolipides (cérébroside, sulfatide, sphingomyéline, céramide et gangliosides), et les sous-types de gangliosides (GT1b, GD1a, GM1, GD1b), ont été évalués dans différentes régions du cerveau. Comparativement aux rats du groupe contrôle, les rats traités à la warfarine présentaient des latences plus longues au test de la piscine de Morris (p <0,05) ainsi qu'une hypoactivité et un comportement exploratoire plus faible au test de « l’open field » (p <0,05). Le traitement par warfarine a également entraîné une diminution spectaculaire du niveau de MK-4 dans toutes les régions du cerveau (p <0,001), une altération des concentrations de sphingolipidiques, en particulier dans le cortex frontal et le mésencéphale (p <0,05), et une perte de différences régionales sphingolipidiques, notamment pour les gangliosides. Le traitement par warfarine a été associé à un niveau inférieur de GD1a dans l'hippocampe et un niveau supérieur de GT1b dans le cortex préfrontal et le striatum. En conclusion, la déficience en VK induite par warfarine altère les niveaux de VK et sphingolipides dans le cerveau, avec de potentiels effets néfastes sur les fonctions cérébrales. / Vitamin K (VK) is widely known for its role in blood coagulation, however many studies suggest its involvement in brain function. VK is required for the activation of various cerebral proteins (e.g., Gas6) and menaquinone-4 (MK-4), the main K vitamer in brain, is involved in sphingolipid metabolism. Furthermore, life-long intake of a low VK diet has been associated with cognitive deficits in old rats. Warfarin (W) is a potent VK antagonist that acts by blocking the VK cycle causing a “relative VK deficiency” at the cellular level. In light of this and the emerging role of VK in brain, W could represent a risk factor for cerebral function. The finding of this study is important according to the large proportion of adults with thromboembolic diseases being treated with warfarin drugs. This study was conducted in a rat model where the impact of W was investigated with respect to cognition, behavior, and brain menaquinone-4 (MK-4) and sphingolipid status. Fourteen Wistar male rats were treated with 15 mg W/kg/d (in drinking water) and subcutaneous VK (85 mg/kg), 3X/wk, for 10 wks; 14 control rats were treated with normal water and injected with saline. At the end of the treatment period, rats were subjected to different behavioral tests, afterwhich their brains assessed for VK (phylloquinone and MK-4) and sphingolipids (gangliosides, ceramides, cerebrosides, sphingomyelin and sulfatides) and gangliosides subtypes (GT1b, GD1a, GM1, GD1b). Mean latencies to find the hidden platform were higher in the W compared to the control group (p<0.05) suggesting cognitive deficits as well as hypoactivity and lower exploratory behaviour in the open field test (p<0.05). Warfarin treatment also resulted in a dramatic decrease in MK-4 concentration in all brain regions (p<0.001), altered sphingolipid level, especially in frontal cortex and midbrain (p<0.05), and in a loss of sphingolipid regional differences, notably for gangliosides. W treatment was associated with lower GD1a in the hippocampus and higher GT1b in the striatum and prefrontal cortex. In conclusion, warfarin-induced VK deficiency alters VK and sphingolipid status in brain with potential detrimental effects on brain functions.

La Vitamine K (VK) est largement reconnue pour son rôle dans la coagulation sanguine toutefois, de plus en plus de travaux indiquent son implication dans la fonction cérébrale. La VK est requise pour l'activation de différentes protéines, par exemple la protéine Gas6, et la ménaquinone-4 (MK-4), le principal vitamère K dans le cerveau, est impliquée dans le métabolisme des sphingolipides. Dans un rapport précédent, nous avons montré qu'un régime alimentaire faible en VK tout au long de la vie était associé à des déficits cognitifs chez des rats âgés. La warfarine sodique est un puissant antagoniste de la VK qui agit en bloquant le cycle de la VK, provoquant un «déficit relatif de VK » au niveau cellulaire. À la lumière du rôle émergent de la VK dans le cerveau, la warfarine pourrait représenter un facteur de risque pour la fonction cérébrale. Ce travail est donc pertinente en raison de la forte proportion d'adultes traîtés à la warfarine sodique. Dans la présente étude, 14 rats mâles Wistar ont été traités avec 14 mg de warfarine/kg /jour (dans l'eau potable) et des injections sous-cutanées de VK (85 mg/kg), 3x/sem, pendant 10 semaines. Quatorze rats témoins ont été traités avec de l'eau normale et injectés avec une solution saline. Les rats ont été soumis à différents tests comportementaux après quoi les niveaux de phylloquinone, MK-4, sphingolipides (cérébroside, sulfatide, sphingomyéline, céramide et gangliosides), et les sous-types de gangliosides (GT1b, GD1a, GM1, GD1b), ont été évalués dans différentes régions du cerveau. Comparativement aux rats du groupe contrôle, les rats traités à la warfarine présentaient des latences plus longues au test de la piscine de Morris (p <0,05) ainsi qu'une hypoactivité et un comportement exploratoire plus faible au test de « l’open field » (p <0,05). Le traitement par warfarine a également entraîné une diminution spectaculaire du niveau de MK-4 dans toutes les régions du cerveau (p <0,001), une altération des concentrations de sphingolipidiques, en particulier dans le cortex frontal et le mésencéphale (p <0,05), et une perte de différences régionales sphingolipidiques, notamment pour les gangliosides. Le traitement par warfarine a été associé à un niveau inférieur de GD1a dans l'hippocampe et un niveau supérieur de GT1b dans le cortex préfrontal et le striatum. En conclusion, la déficience en VK induite par warfarine altère les niveaux de VK et sphingolipides dans le cerveau, avec de potentiels effets néfastes sur les fonctions cérébrales. / Vitamin K (VK) is widely known for its role in blood coagulation, however many studies suggest its involvement in brain function. VK is required for the activation of various cerebral proteins (e.g., Gas6) and menaquinone-4 (MK-4), the main K vitamer in brain, is involved in sphingolipid metabolism. Furthermore, life-long intake of a low VK diet has been associated with cognitive deficits in old rats. Warfarin (W) is a potent VK antagonist that acts by blocking the VK cycle causing a “relative VK deficiency” at the cellular level. In light of this and the emerging role of VK in brain, W could represent a risk factor for cerebral function. The finding of this study is important according to the large proportion of adults with thromboembolic diseases being treated with warfarin drugs. This study was conducted in a rat model where the impact of W was investigated with respect to cognition, behavior, and brain menaquinone-4 (MK-4) and sphingolipid status. Fourteen Wistar male rats were treated with 15 mg W/kg/d (in drinking water) and subcutaneous VK (85 mg/kg), 3X/wk, for 10 wks; 14 control rats were treated with normal water and injected with saline. At the end of the treatment period, rats were subjected to different behavioral tests, afterwhich their brains assessed for VK (phylloquinone and MK-4) and sphingolipids (gangliosides, ceramides, cerebrosides, sphingomyelin and sulfatides) and gangliosides subtypes (GT1b, GD1a, GM1, GD1b). Mean latencies to find the hidden platform were higher in the W compared to the control group (p<0.05) suggesting cognitive deficits as well as hypoactivity and lower exploratory behaviour in the open field test (p<0.05). Warfarin treatment also resulted in a dramatic decrease in MK-4 concentration in all brain regions (p<0.001), altered sphingolipid level, especially in frontal cortex and midbrain (p<0.05), and in a loss of sphingolipid regional differences, notably for gangliosides. W treatment was associated with lower GD1a in the hippocampus and higher GT1b in the striatum and prefrontal cortex. In conclusion, warfarin-induced VK deficiency alters VK and sphingolipid status in brain with potential detrimental effects on brain functions.

De plus en plus d’études montrent un lien entre la teneur en vitamine K (VK) dans l’organisme et la cognition. Certaines études effectuées in vitro on montré l’effet de la VK au niveau moléculaire, mais très peu in vivo. Une étude récente de Tamadon-Nejad a montré qu’un traitement de 14mg/kg/jr de warfarine, un antagoniste de la VK, administré simultanément à des injections sous-cutanées de 85mg/kg/jr de phylloquinone entrainait une diminution significative de la concentration de MK-4 du cerveau, résultant en une diminution significative du statut vitaminique K au cerveau, une altération de la cognition, du comportement exploratoire et de la locomotion [1]. Dans la présente étude, le traitement de Tamadon-Nejad a été modifié et les doses de phylloquinone ont été augmentées à 120mg/kg/jr (WVK) ce qui a maintenu une diminution significative de la concentration de la concentration de MK-4 dans le cerveau, mais a entrainé une surcompensation par la phylloquinone, résultant en une augmentation significative du statut vitaminique K au cerveau. Ce statut a été associé à une mémoire de reconnaissance intacte et corrélé à une amélioration de la mémoire spatiale des rats WVK. Le traitement a aussi été associé à une augmentation significative de l’anxiété et au rétablissement du comportement exploratoire et de la locomotion des rats WVK comparativement à l’étude de Tamadon-Nejad [1]. Dans l’hippocampe des rats WVK, l’amélioration de la cognition et le rehaussement du statut vitaminique K du cerveau n'ont pas induit de variation significative de l’activation des protéines dépendantes de la VK Gas6 et Protéine S, mais ont été associés à une augmentation significative de l’activation de la voie MAPK, à une inhibition de l’apoptose et à une présence accrue de la microglie. En somme, cette étude confirme le rôle modulateur de la VK dans le cerveau sur la cognition et la survie cellulaire. / There is growing evidence that vitamin K (VK) plays a role in cognition. Some in vitro studies have shown how VK affects different molecular pathways in brain cells, but few in vivo studies have been conducted. Recently, a study from Tamadon- Nejad showed that a treatment of 14mg/kg/d of warfarine, a VK antagonist, given simultaneously with subcutaneous injections of 85mg/kg/d lead to a significant decrease in MK-4 concentration in brain, resulting in a significant decrease of VK status in brain, and perturbation in cognition, exploratory behaviour and locomotion [1]. In the present study, we modified the treatment used in Tamadon-Nejad and increased the phylloquinone doses to 120mg/kg/d which maintained the significant decrease in MK-4 concentration in brain, but lead to an overcompensation of phylloquinone that resulted in an increase of VK status in brain. This status was associated with an intact recognition memory and correlated with an improvement in spatial memory of WVK rats. The treatment was also associated with a significant increase in anxiety and recovery of exploratory behavior and locomotion compared to rats in the Tamadon-Nejad study [1]. In WVK rat hippocampi, cognition improvement and increased VK status were not associated with significant variation in VK dependant proteins (VKDP) Gas6 and Protein S activation, but were associated with an increase in the MAPK activation pathway, an inhibition of apoptosis and, an increased presence of microglia. In summary, this study confirms the modulatory role of VK in brain in cognition and cell survival.