L’encéphalopathie néonatale (EN) affecte plus de 0.8% des nouveau-nés à terme et est la deuxième cause d’handicap neurologique durant l’enfance. Le traitement des enfants atteints d’EN consiste en une prise en charge symptomatique et en l’hypothermie (HT). Néanmoins, plus de 50% des patients traités par HT gardent des séquelles neurologiques majeures. Les données provenant du Canadian Cerebral Palsy Registry montrent que l’HT prévient seulement 4% des cas de paralysie cérébrale (PC). Le fait que l’HT ait des effets neuroprotecteurs chez certains nouveau-nés, mais pas chez tous les nouveau-nés atteints d’EN n’est pas encore totalement élucidé. Il a été rapporté que les nouveau-nés exposés à l’inflammation (sepsis néonatal, infections placentaires) et à l’hypoxie-ischémie (HI) semblent avoir moins d’effets bénéfiques de l’HT que ceux qui ont été seulement exposés à l’HI. Des études précliniques ont établi que l’HT avait des effets neuroprotecteurs dans les cas d’encéphalopathies hypoxique-ischémiques chez les nouveau-nés à terme ou peu prématurés (plus de 35 semaines d’âge gestationnel). Cependant, peu d’études ont investigué les effets de l’HT lorsque l’EN résulte de la combinaison d’HI et d’infection/inflammation, alors qu’il s’agit du scénario pathophysiologique le plus fréquemment rencontré chez les nouveau-nés humains atteints d’EN. Ceci nous a amené à tester les effets neuroprotecteurs de l’HT dans un modèle animal (rat) d’EN induite par l’inflammation et l’HI. Des ratons Lewis au jour postnatal 12 sont injectés avec du lipopolysaccharide (LPS) d’E.coli afin de recréer l’inflammation, puis sont soumis à l’ischémie (ligature de la carotide commune droite) et à l’hypoxie (8% O[indice inférieur 2], 1h30). Les ratons sont ensuite traités ou non par l’HT (32 ± 0.5°C, 4 h). L‘étendue des lésions cérébrales ainsi que les cascades inflammatoires et oxydatives ont été étudiées. Nos résultats montrent que l’HT prévient l’étendue des lésions dans la composante de pénombre ischémique (néocortex et hippocampe). Cet effet neuroprotecteur est indépendant d’un effet anti-inflammatoire cérébral de l’HT portant sur le système de l’interleukine-1. Nos données indiquent que l’HT module l’expression des enzymes responsables de l’élimination des réactifs de l’oxygène (ROS). En conclusion, nos résultats montrent que l'HT a des effets neuroprotecteurs dans un modèle d’EN induite par l’exposition combinée au LPS et à l’HI. Ce projet devrait ouvrir des perspectives translationnelles pour prévenir la PC au-delà de l'hypothermie seule, comme par exemple celle visant à tester le bénéfice de la combinaison thérapeutique d’HT jointe au blocage de cytokines pro-inflammatoires.

L’hypoxie-ischémie (HI) et l’inflammation sont les principaux facteurs de risques d’apparition de paralysies cérébrales (PC) chez le nouveau-né prématuré ou à terme. La PC est un ensemble de troubles moteurs et cognitifs nécessitant une prise en charge à vie. Sa prévalence en Europe est de 1,7‰ naissances vivantes, ce qui constitue un problème de santé publique. Les nouveau-nés prématurés et nés à terme montrent des atteintes structurales et des déficits à long terme différents aux plans quantitatif et qualitatif. À ces âges, les interventions thérapeutiques et de prévention sont limitées du fait des interférences probables avec le développement. Afin d’appréhender les mécanismes de ces lésions périnatales et de trouver de potentielles pistes d’intervention précoce, nous avons utilisé un modèle murin d’HI chez la souris de 5 et 10 jours (P5 et P10). À ces stades, le développement cortical chez la Souris mime celui d’enfants prématurés (vers 30 SG) ou à terme. Méthode. Afin d’étudier la réponse différenciée à l’HI entre ces deux stades, nous avons, dans un premier temps, réalisé une étude longitudinale par imagerie IRM suivie d’une étude comportementale des animaux à l’âge adulte, ainsi que des études enzymatiques ciblées en période périnatale. Dans un second temps, nous avons réalisé une étude globale et sans apriori des modifications précoces du transcriptome. Résultats I. Nos résultats renforcent la validité de ce modèle murin pour l’étude des lésions spécifiques correspondant aux lésions : soit de nouveau-nés prématurés soit d’enfants à terme. En effet, nous montrons une atteinte spécifique de la substance blanche (SB) chez les souris à P5, mimant les leucomalacies périventriculaires du grand prématuré. Nous montrons que l’atteinte de la SB est associée à une vulnérabilité vasculaire dépendante de l’âge. L’atteinte vasculaire passe par l’activité de la MMP-9, sous dépendance du tPA. À long terme, nous montrons des atteintes cognitivo-comportementales dépendantes de l’âge, permettant d’associer les lésions de la SB aux déficits d’interaction sociale et à l’hyperactivité, alors que les déficits d’apprentissage sont plus amples chez la souris exposée à l’HI à P10 et sont associés à des lésions de l’hippocampe et du cortex rétrosplénial. Résultats II. L’étude du transcriptome a permis de constituer une base de données utilisable pour des études ultérieures. Elle montre des différences importantes de la réponse induite par l’HI, en fonction de l’âge. Cinq faits parmi les plus marquants sont à retenir : i) si les processus affectés aux deux âges sont les mêmes, soit principalement la régulation de la transcription, l’inflammation, la mort cellulaire et l’angiogenèse, les gènes mis en jeu sont sensiblement différents, ii) une réponse à P10 qui, pour une grande partie, s’oppose à l’évolution ontogénique des niveaux de transcrits, peut être le signe d’un arrêt dans le processus de développement, iii) des cinétiques d’induction et de répression différentes à P5 et P10, la réponse étant retardée à P10 en termes de délai d’induction et de maximum d’amplitude, iv) la réponse transcriptomique à l’HI à P5 semble en voie d’extinction après 24h, alors qu’à ce même délai post-HI, la réponse montre une forte amplification chez les animaux lésés à P10, v) une répression coordonnée, à P5 seulement, de gènes codant des protéines impliquées dans les fonctions synaptiques 12h après l’HI, potentiellement responsable de l’extinction de la réponse à 24h. Conclusion. Ces études, complémentaires, permettent une meilleure compréhension de la pathogenèse des lésions cérébrales néonatales. Elles ouvrent notamment différentes pistes de recherche pour les années à venir, orientées vers : i) la spécificité vasculaire, dépendante de la structure et du stade de développement, ii) la prise en compte du stade de développement pour l’expérimentation et la mise au point de stratégies de neuroprotection spécifiques de l’âge. / Hypoxia-ischemia and inflammation are the major triggers of cerebral palsy (CP) in preterm and term new-born. CP is defined as a group of nonprogressive disorders of movement and posture, associated with cognitive and behavioural disorders. CP prevalence is about 1.7‰ living birth and leads to life-long medical care which altogether makes CP a healthcare issue. Preterm and term new-born exhibit specific structural damages and long-term outcomes. In the perinatal period, therapeutic or preventive strategies are limited due to the risk of interference with the ongoing development. To further explore lesion mechanisms, we used the well described “Rice-Vannucci” model of HI adapted in mice aged 5 or 10 days (P5/P10). At these developmental stages, mouse cortical development mimics those of human preterm and term new-born respectively.Methods. To explore the differentiated response to HI between P5 and P10 mice, we first performed a longitudinal MRI study associated with learning and social behaviour testing at adulthood. We also used targeted enzymatic approaches in perinatal period. In a second time, we performed a global, non-targeted assessment of early HI-induced transcriptome modifications during the first 24h after HI.Results I. Our results validated the HI model for the study of age-dependent lesions corresponding to preterm or term new-born lesions. We confirmed the P5-specific white matter lesions mimicking periventricular leukomalacia of preterm infants (30GW). We showed that these white matter lesions originate from age-dependent vascular vulnerability. This vascular vulnerability involved P5 restricted vascular MMP-9 activity which also depends on tPA activity. We showed age-dependent long-term cognitivo-behavioural outcomes, allowing us to associate white matter damages to social behaviour and hyperactivity, whereas learning deficits were more pronounced in P10 mice and associated with hippocampal and retrosplenial cortex damages.Results II. The transcriptome study has generated a useful database for further research. It also showed very important differences in HI-induced transcriptomic responses. Five highlights emerged: i) identical processes (pathways, GO terms) were affected by HI in both P5 and P10 mice: i.e. regulation of transcription, inflammation, cell death/apoptosis and angiogenesis, but the genes induced or repressed associated to these processes were highly different at the two stages, ii) the HI-induced transcription response at P10 mainly counteracted the development-induced transcription changes, iii) the kinetics of induction/repression were different between P5 and P10 mice; P10 mice exhibiting a global delayed response to HI compared to P5 in terms of delay of induction/repression and maximum amplitude, iv) twenty-four hours after HI, the response at P5 was slowing down, apparently returning to basal state, whereas in P10 mice the changes appeared uncontrolled, v) a P5 specific coordinated repression of genes coding proteins involved in synaptic function was observed 12h post-HI, perhaps at the origin of the global slowing-down of transcription alterations observed 24h post-HI.Conclusion. These complementary studies provide a better understanding of the pathogenesis of neonatal brain injury. They also open routes towards new research areas such as: i) the specific vascular vulnerability, depending on brain structures and developmental stage, ii) the consideration of the maturation stage in the further development and experimentation of new neuroprotective strategies.

Contexte : Près de 2,5 millions de nouveau-nés meurent chaque année et plus de 80 % d'entre eux ont un petit poids à la naissance (PPN). Le PPN est une entité clinique complexe impliquant le retard de croissance in utero (RCIU) et la naissance prématurée (NPM). Les nouveau-nés survivants sont exposés à un risque élevé de morbidités périnatales graves (telles que la dysplasie broncho-pulmonaire, l'entérocolite nécrosante, l'encéphalopathie néonatale) en raison des effets dévastateurs de l'inflammation utéro-fœtale sur les organes fœtaux vulnérables. Il n'existe actuellement aucun traitement efficace pour la protection fœtale ante partum. Parmi les nombreux médiateurs pro-inflammatoires, l'IL-1β se distingue par ses effets délétères. Notre laboratoire a conçu un nouvel antagoniste allostérique du récepteur de l'IL-1, Rytvela, qui s'est avéré efficace contre la NPM lorsqu'il est administré en prophylaxie. Objectif : Cette étude vise à mieux caractériser Rytvela en évaluant son efficacité dans la prévention de la NPM et du RCIU lorsqu'il est administré après l'insulte inflammatoire initiale selon un cadre clinique plus réaliste. Méthodes : Des souris gravides CD-1 ont reçu une injection d'agents pro-inflammatoires/pro-travail, soit l’IL-1β (1 μg i.u.) ou le LPS (10 μg i.p.) aux jours 16-17 de la gestation. Rytvela (2 mg/kg/jour s.c.) a été administré à différents intervalles de temps (0,5h, 2h, 4h, 6h) après l’induction inflammatoire. Le taux de NPM, la survie et le poids des souriceaux ont été évalués. Des analyses histologiques des poumons, intestins et cerveau des nouveau-nés ont été réalisées. Résultats : Toutes les grossesses traitées avec Rytvela ont été menées à terme dans le modèle de l’IL-1β, alors que le taux de NPM était de 57 % dans le groupe non traité. La survie, la croissance et le poids des souriceaux ont été considérablement améliorés avec Rytvela administré 0,5 h post-inflammation (avec une survie presque doublée des portées). L'analyse histologique a révélé dans tous les modèles une morphogenèse fœtale protégée, y compris une alvéolarisation pulmonaire préservée, des villosités intestinales intactes et un arbre cérébrovasculaire protégé associé à une masse cérébrale préservée. Conclusion : Rytvela est efficace dans la prévention de la NPM et du RCIU lorsqu'il est administré en post-inflammatoire. Il présente un effet maximal lorsqu'il était administré rapidement (0,5 h après IL-1β/LPS) et maintenait des effets protecteurs fœtaux significatifs avec une administration retardée (jusqu'à 6 h après IL-1β/LPS). Rytvela améliore la survie et la santé néonatale en préservant l'intégrité et la croissance des tissus fœtaux. Par conséquent, Rytvela est un nouveau prototype thérapeutique prometteur et sécuritaire pour le traitement de la NPM et du RCIU. / Background: Over 2.5 million newborns die yearly and more than 80% of them are of low birthweight (LBW). LBW is a complex clinical entity involving fetal growth restriction (FGR) and preterm birth (PTB). Surviving neonates face a higher risk of serious perinatal morbidities (such as bronchopulmonary dysplasia, necrotizing enterocolitis, neonatal encephalopathy) due to the devastating effects of utero-fetal inflammation on vulnerable fetal organs. There is currently no efficient treatment for fetal antepartum protection. Among the many proinflammatory mediators, IL-1β stands out for its detrimental effects. The host lab has designed a novel allosteric IL-1 receptor antagonist, Rytvela, which has been shown to be effective against PTB when administered prophylactically. Objective: This study aims to further characterize Rytvela by evaluating its efficacy in preventing PTB and FGR when administered after the initial inflammatory insult according to a more realistic clinical setting. Methods: Pregnant CD-1 mice were injected with proinflammatory/prolabour agents, either IL-1β (1 μg i.u.) or LPS (10 μg i.p.) on days 16-17 of gestation. Rytvela (2 mg/kg/day s.c.) was administered at different time intervals (0.5, 2, 4, 6 h) after initial inflammatory insults. PTB rate, neonatal survival, and weight were assessed. Histological analyses of the lungs, intestines, and brain of the neonates were performed. Results: All pregnancies treated with Rytvela were carried to term in the IL-1β model, while the PTB rate was 57% in the untreated group. Pup survival, growth and weight were considerably improved with Rytvela administered 0.5h post-inflammatory insults (with a nearly 2-fold increase in litters survival). Histological analysis revealed in all models a protected morphogenesis of vulnerable fetal organs including preserved lung alveolarization, intact intestinal villi integrity, and protected cerebrovascular tree associated with preserved brain mass. Conclusion: Rytvela is efficient in preventing PTB and FGR when administered post-inflammatory insults. It exhibited maximum effect when administered promptly (0.5h post-IL-1β/LPS) and maintained significant fetal protective effects with delayed administration (up to 6h post- IL-1β/LPS). Rytvela improved birth outcome by preserving fetal tissue integrity and growth. Hence, Rytvela is a promising new and safe therapeutic prototype for treatment of PTB and FGR.