Brain Mitochondrial Metabolism in Males and Females : Endogenous Steroids Influence and Progesterone Effects after Transient Focal Ischemia

Les stéroïdes sexuels ne sont pas impliqués uniquement dans la reproduction, ils sont également actifs dans le système nerveux où ils exercent des effets neuroprotecteurs. La mitochondrie a un rôle central dans la synthèse de l’énergie cellulaire et le contrôle du stress oxydant. Ces fonctions mitochondriales seraient une cible potentielle des effets des stéroïdes sexuels dans le cerveau. Deux approches ont été développées au cours de ce travail de thèse : une approche physiologique avec l’étude de l’influence des stéroïdes endogènes sur la fonction mitochondriale cérébrale et une approche thérapeutique en utilisant le modèle expérimental de l’ischémie cérébrale et du traitement par la progestérone. Pour analyser l’influence des stéroïdes endogènes, nous avons comparé le fonctionnement de la phosphorylation oxydative (consommation d’oxygène ou « respiration » et activités enzymatiques) ; le niveau du stress oxydant (pool de glutathion mitochondrial et inactivation oxydative de l’aconitase mitochondriale) et les taux cérébraux de stéroïdes dans des groupes de souris mâles et femelles soit jeunes adultes intactes ou gonadectomisées (3 mois) ; soit âgées (20 mois). Nous avons montré que la respiration NADH-dépendante est plus importante et que le stress oxydant mitochondrial est moins important chez les femelles que chez les mâles jeunes. Cette différence n’existe plus chez les souris âgées et est abolie après ovariectomie mais pas après orchidectomie, ce qui démontre l’influence des stéroïdes ovariens. Les taux cérébraux importants de prégnènolone et de progestérone chez les souris jeunes femelles par rapport aux jeunes mâles pourraient être impliqués dans le dimorphisme sexuel observé.Les modifications de la respiration mitochondriale induites par l’ischémie cérébrale sont également différentes entre les mâles et les femelles dans notre modèle. La respiration NADH-dépendante est diminuée dans les deux sexes, mais la respiration FADH2-dépendante est diminuée spécifiquement chez les femelles. Le stress oxydant mitochondrial est augmenté dans les deux sexes. L’administration de progestérone permet de restaurer la respiration FADH2-dépendante chez les femelles et la respiration NADH-dépendante ainsi que le pool de glutathion mitochondrial dans les deux sexes. Ce travail a permis de mettre en évidence des différences de fonctionnement mitochondrial cérébral chez les souris mâles et femelles jeunes et d’identifier la phosphorylation oxydative et le stress oxydant mitochondrial comme cibles d’action des effets neuroprotecteurs de la progestérone lors de l’ischémie cérébrale.Besides the reproduction control, sex steroids also act on nervous system and exert neuroprotective effects. The mitochondria are centrally involved in cellular energy synthesis and oxidative stress regulation and constitute a potential target of steroids effects on brain. The aim of our study was twofold: (1) to study the influence of endogenous steroids on brain mitochondrial function in physiological conditions ; (2) to determine the effects of progesterone on mitochondrial function when used as therapeutic agent in an experimental model of cerebral ischemia. To analyze the influence of endogenous sex steroids, the oxidative phosphorylation system (oxygen consumption or “respiration” and enzymatic activities) and mitochondrial oxidative stress (glutathione pool and mitochondrial aconitase oxidative inactivation) were analyzed in brain mitochondria of young adult male and female mice (3-month-old), intact and after gonadectomy, and of aged male and female mice (20-month-old). Our results showed that young adult females have lower oxidative stress and a higher NADH-linked respiration rate as compared to young adult males. This sex difference was suppressed by ovariectomy but not by orchidectomy and no longer existed in aged mice. Concomitant analysis of brain steroids suggest that the major male/female differences in brain pregnenolone and progesterone levels may contribute to the sex differences observed in brain mitochondrial function.We have also shown that the decrease of brain mitochondrial respiration induced by ischemia is different according to sex in our experimental model. The NADH-linked respiration decreased after ischemia in males and female but a decrease of FADH2-linked respiration only occurred in females. Ischemia induced oxidative damages in both males and females. Progesterone restored NADH-linked respiration in both sexes and FADH2-linked respiration in females. Progesterone also preserved mitochondrial glutathione pool in both sexes. Our findings point to a sex difference in brain mitochondrial function of young male and female mice and identify the oxidative phosphorylation system and the mitochondrial oxidative stress as targets of the neuroprotective effects of progesterone

Métabolisme mitochondrial cérébral chez les mâles et les femelles : rôle des stéroïdes endogènes et effet de la progestérone après ischémie transitoire focale

Besides the reproduction control, sex steroids also act on nervous system and exert neuroprotective effects. The mitochondria are centrally involved in cellular energy synthesis and oxidative stress regulation and constitute a potential target of steroids effects on brain. The aim of our study was twofold: (1) to study the influence of endogenous steroids on brain mitochondrial function in physiological conditions ; (2) to determine the effects of progesterone on mitochondrial function when used as therapeutic agent in an experimental model of cerebral ischemia. To analyze the influence of endogenous sex steroids, the oxidative phosphorylation system (oxygen consumption or “respiration” and enzymatic activities) and mitochondrial oxidative stress (glutathione pool and mitochondrial aconitase oxidative inactivation) were analyzed in brain mitochondria of young adult male and female mice (3-month-old), intact and after gonadectomy, and of aged male and female mice (20-month-old). Our results showed that young adult females have lower oxidative stress and a higher NADH-linked respiration rate as compared to young adult males. This sex difference was suppressed by ovariectomy but not by orchidectomy and no longer existed in aged mice. Concomitant analysis of brain steroids suggest that the major male/female differences in brain pregnenolone and progesterone levels may contribute to the sex differences observed in brain mitochondrial function.We have also shown that the decrease of brain mitochondrial respiration induced by ischemia is different according to sex in our experimental model. The NADH-linked respiration decreased after ischemia in males and female but a decrease of FADH2-linked respiration only occurred in females. Ischemia induced oxidative damages in both males and females. Progesterone restored NADH-linked respiration in both sexes and FADH2-linked respiration in females. Progesterone also preserved mitochondrial glutathione pool in both sexes. Our findings point to a sex difference in brain mitochondrial function of young male and female mice and identify the oxidative phosphorylation system and the mitochondrial oxidative stress as targets of the neuroprotective effects of progesterone.Les stéroïdes sexuels ne sont pas impliqués uniquement dans la reproduction, ils sont également actifs dans le système nerveux où ils exercent des effets neuroprotecteurs. La mitochondrie a un rôle central dans la synthèse de l’énergie cellulaire et le contrôle du stress oxydant. Ces fonctions mitochondriales seraient une cible potentielle des effets des stéroïdes sexuels dans le cerveau. Deux approches ont été développées au cours de ce travail de thèse : une approche physiologique avec l’étude de l’influence des stéroïdes endogènes sur la fonction mitochondriale cérébrale et une approche thérapeutique en utilisant le modèle expérimental de l’ischémie cérébrale et du traitement par la progestérone. Pour analyser l’influence des stéroïdes endogènes, nous avons comparé le fonctionnement de la phosphorylation oxydative (consommation d’oxygène ou « respiration » et activités enzymatiques) ; le niveau du stress oxydant (pool de glutathion mitochondrial et inactivation oxydative de l’aconitase mitochondriale) et les taux cérébraux de stéroïdes dans des groupes de souris mâles et femelles soit jeunes adultes intactes ou gonadectomisées (3 mois) ; soit âgées (20 mois). Nous avons montré que la respiration NADH-dépendante est plus importante et que le stress oxydant mitochondrial est moins important chez les femelles que chez les mâles jeunes. Cette différence n’existe plus chez les souris âgées et est abolie après ovariectomie mais pas après orchidectomie, ce qui démontre l’influence des stéroïdes ovariens. Les taux cérébraux importants de prégnènolone et de progestérone chez les souris jeunes femelles par rapport aux jeunes mâles pourraient être impliqués dans le dimorphisme sexuel observé.Les modifications de la respiration mitochondriale induites par l’ischémie cérébrale sont également différentes entre les mâles et les femelles dans notre modèle. La respiration NADH-dépendante est diminuée dans les deux sexes, mais la respiration FADH2-dépendante est diminuée spécifiquement chez les femelles. Le stress oxydant mitochondrial est augmenté dans les deux sexes. L’administration de progestérone permet de restaurer la respiration FADH2-dépendante chez les femelles et la respiration NADH-dépendante ainsi que le pool de glutathion mitochondrial dans les deux sexes. Ce travail a permis de mettre en évidence des différences de fonctionnement mitochondrial cérébral chez les souris mâles et femelles jeunes et d’identifier la phosphorylation oxydative et le stress oxydant mitochondrial comme cibles d’action des effets neuroprotecteurs de la progestérone lors de l’ischémie cérébrale

Etude des gènes nucléaires dans quatre cas de déficits en complexe III de la chaîne respiratoire

PARIS-BIUP (751062107) / SudocSudocFranceF

Role of Sex Hormones on Brain Mitochondrial Function, with Special Reference to Aging and Neurodegenerative Diseases

The mitochondria have a fundamental role in both cellular energy supply and oxidative stress regulation and are target of the effects of sex steroids, particularly the neuroprotective ones. Aging is associated with a decline in the levels of different steroid hormones, and this decrease may underline some neural dysfunctions. Besides, modifications in mitochondrial functions associated with aging processes are also well documented. In this review, we will discuss studies that describe the modifications of brain mitochondrial function and of steroid levels associated with physiological aging and with neurodegenerative diseases. A special emphasis will be placed on describing and discussing our recent findings concerning the concomitant study of mitochondrial function (oxidative phosphorylation, oxidative stress) and brain steroid levels in both young (3-month-old) and aged (20-month-old) male and female mice

Targeting mitochondrial function in macrophages: A novel treatment strategy for atherosclerotic cardiovascular disease?

International audienceAtherosclerotic cardiovascular disease is a major cause of morbidity and mortality due to chronic arterial injury caused by hyperlipidemia, hypertension, inflammation and oxidative stress. Recent studies have shown that the progression of this disease is associated with mitochondrial dysfunction and with the accumulation of mitochondrial alterations within macrophages of atherosclerotic plaques. These alterations contribute to processes of inflammation and oxidative stress. Among the many players involved, macrophages play a pivotal role in atherogenesis as they can exert both beneficial and deleterious effects due to their anti-and pro-inflammatory properties. Their atheroprotective functions, such as cholesterol efflux and efferocytosis, as well as the maintenance of their polarization towards an anti-inflammatory state, are particularly dependent on mitochondrial metabolism. Moreover, in vitro studies have demonstrated deleterious effects of oxidized LDL on macrophage mitochondrial function, resulting in a switch to a pro-inflammatory state and to a potential loss of atheroprotective capacity. Therefore, preservation of mitochondrial function is now considered a legitimate therapeutic strategy. This review focuses on the potential therapeutic strategies that could improve the mitochondrial function of macrophages, enabling them to maintain their atheroprotective capacity. These emerging therapies could play a valuable role in counteracting the progression of atherosclerotic lesions and possibly inducing their regression

Steroids in Stroke with Special Reference to Progesterone

International audienceBoth sex and steroid hormones are important to consider in human ischemic stroke and its experimental models. Stroke initiates a cascade of changes that lead to neural cell death, but also activates endogenous protective processes that counter the deleterious consequences of ischemia. Steroids may be part of these cerebroprotective processes. One option to provide cerebroprotection is to reinforce these intrinsic protective mechanisms. In the current review, we first summarize studies describing sex differences and the influence of steroid hormones in stroke. We then present and discuss our recent results concerning differential changes in endogenous steroid levels in the brains of male and female mice and the importance of progesterone receptors (PR) during the early phase after stroke. In the third part, we give an overview of experimental studies, including ours, that provide evidence for the pleiotropic beneficial effects of progesterone and its promising cerebroprotective potential in stroke. We also highlight the key role of PR signaling as well as potential additional mechanisms by which progesterone may provide cerebroprotection

Persistence of former land-uses and conservation management of calcareous grasslands in France

En Europe, de nombreux sites de pelouses calcicoles sont gérés pour la conservation de leur importante biodiversité. Cependant, ce sont des pratiques agricoles traditionnelles qui sont à l’origine de leur existence et de leur pérennité. Si ces pratiques sont de mieux en mieux connues, peu de travaux ont été consacrés aux liens qui peuvent exister entre la diversité des pratiques anciennes et la dynamique de la végétation à long terme. Les objectifs de nos travaux ont donc été d’identifier les utilisations agricoles anciennes et leurs impacts sur la composition, la structure et la dynamique successionnelle de la végétation actuelle des pelouses calcicoles en interaction avec l’influence des nouveaux systèmes de gestion mis en place pour leur conservation. Trois sites d’études ont été choisis en France selon un gradient nord-ouest/sud-est. Sur les pelouses calcicoles de Haute-Normandie, nos résultats montrent que les espèces disparues ou fortement menacées de disparition sont plus des espèces messicoles inféodées aux cultures de céréales pratiquées au 19e siècle que les espèces typiques des pelouses calcicoles. Dans le centre, nos résultats montrent également que, quel que soit le régime de perturbations actuel, ce sont toujours les pelouses très anciennes qui possèdent une richesse floristique supérieure à celle des pelouses issues d’anciennes cultures. En complément, dans le sud-est de la France, nos résultats montrent que la composition floristique des friches culturales est très différente de celle des pelouses pâturées historiquement mais aussi que leur richesse floristique reste toujours significativement inférieure même après 35 ans d’abandon et pour un même régime de perturbation actuel. Les pelouses sèches sont donc peu résilientes vis-à-vis de perturbations ponctuelles qui s’insèrent dans des régimes de perturbations pluriséculaires. Les gestionnaires doivent donc prendre en compte ces paramètres afin de hiérarchiser leurs priorités de gestion. Parallèlement aux diagnostics écologiques et inventaires de la biodiversité, ils doivent réaliser des études d’écologie historique pour comprendre plus clairement quels sont les facteurs responsables de la structuration et de la dynamique de ces écosystèmesIn Europe, a lot of chalk grasslands are managed for the conservation of their great biodiversity. However, traditional agricultural practices are at the origin of their existence and maintained them. Although these practices are becoming well documented, very few studies are carried out on the links between traditional agricultural practices and long-term vegetation dynamics. Most of these practices have been abandoned during the last centuries. The aims of our study were to identify the traditional agricultural practices and their impacts on the composition, structure and dynamics of chalk grassland vegetation in interaction with the influence of new management systems created for their biological conservation. Three study sites were chosen in a gradient from North-West France to South-East France. In the chalk grasslands of Upper-Normandy (NW), our results showed that the species which disappeared or are about to disappear from the above-ground vegetation are arable weed species of the 19th century cultivated plots and not typical species of nowadays chalk grasslands. In the centre of France, our results showed that, whatever the present disturbance regimes, old calcareous grasslands always have a higher species richness than grasslands close to former cultivated plots. In South-Eastern France, our results showed that formerly cultivated plots have a very different floristic composition than grazed grasslands. Also, their species-richness is always significantly lower than that of grazed grasslands even after 35 years of abandonment and with the same present disturbance regime. Dry grasslands are not resilient to punctual disturbances taking place within centennial disturbance regimes. Managers must take into account these parameters to set their management priorities. Concurrently to ecological diagnosis and biodiversity inventories, they must carry out historical ecological studies to understand more clearly which variables are responsible for the structure and dynamics of these ecosystem

Persistence of former land-uses and conservation management of calcareous grasslands in France

En Europe, de nombreux sites de pelouses calcicoles sont gérés pour la conservation de leur importante biodiversité. Cependant, ce sont des pratiques agricoles traditionnelles qui sont à l’origine de leur existence et de leur pérennité. Si ces pratiques sont de mieux en mieux connues, peu de travaux ont été consacrés aux liens qui peuvent exister entre la diversité des pratiques anciennes et la dynamique de la végétation à long terme. Les objectifs de nos travaux ont donc été d’identifier les utilisations agricoles anciennes et leurs impacts sur la composition, la structure et la dynamique successionnelle de la végétation actuelle des pelouses calcicoles en interaction avec l’influence des nouveaux systèmes de gestion mis en place pour leur conservation. Trois sites d’études ont été choisis en France selon un gradient nord-ouest/sud-est. Sur les pelouses calcicoles de Haute-Normandie, nos résultats montrent que les espèces disparues ou fortement menacées de disparition sont plus des espèces messicoles inféodées aux cultures de céréales pratiquées au 19e siècle que les espèces typiques des pelouses calcicoles. Dans le centre, nos résultats montrent également que, quel que soit le régime de perturbations actuel, ce sont toujours les pelouses très anciennes qui possèdent une richesse floristique supérieure à celle des pelouses issues d’anciennes cultures. En complément, dans le sud-est de la France, nos résultats montrent que la composition floristique des friches culturales est très différente de celle des pelouses pâturées historiquement mais aussi que leur richesse floristique reste toujours significativement inférieure même après 35 ans d’abandon et pour un même régime de perturbation actuel. Les pelouses sèches sont donc peu résilientes vis-à-vis de perturbations ponctuelles qui s’insèrent dans des régimes de perturbations pluriséculaires. Les gestionnaires doivent donc prendre en compte ces paramètres afin de hiérarchiser leurs priorités de gestion. Parallèlement aux diagnostics écologiques et inventaires de la biodiversité, ils doivent réaliser des études d’écologie historique pour comprendre plus clairement quels sont les facteurs responsables de la structuration et de la dynamique de ces écosystèmesIn Europe, a lot of chalk grasslands are managed for the conservation of their great biodiversity. However, traditional agricultural practices are at the origin of their existence and maintained them. Although these practices are becoming well documented, very few studies are carried out on the links between traditional agricultural practices and long-term vegetation dynamics. Most of these practices have been abandoned during the last centuries. The aims of our study were to identify the traditional agricultural practices and their impacts on the composition, structure and dynamics of chalk grassland vegetation in interaction with the influence of new management systems created for their biological conservation. Three study sites were chosen in a gradient from North-West France to South-East France. In the chalk grasslands of Upper-Normandy (NW), our results showed that the species which disappeared or are about to disappear from the above-ground vegetation are arable weed species of the 19th century cultivated plots and not typical species of nowadays chalk grasslands. In the centre of France, our results showed that, whatever the present disturbance regimes, old calcareous grasslands always have a higher species richness than grasslands close to former cultivated plots. In South-Eastern France, our results showed that formerly cultivated plots have a very different floristic composition than grazed grasslands. Also, their species-richness is always significantly lower than that of grazed grasslands even after 35 years of abandonment and with the same present disturbance regime. Dry grasslands are not resilient to punctual disturbances taking place within centennial disturbance regimes. Managers must take into account these parameters to set their management priorities. Concurrently to ecological diagnosis and biodiversity inventories, they must carry out historical ecological studies to understand more clearly which variables are responsible for the structure and dynamics of these ecosystem

Intranasal administration of progesterone: A potential efficient route of delivery for cerebroprotection after acute brain injuries

International audienceProgesterone has been shown to be cerebroprotective in different experimental models of brain injuries and neurodegenerative diseases. The preclinical data provided great hope for its use in humans. The failure of Phase 3 clinical trials to demonstrate the cerebroprotective efficiency of progesterone in traumatic brain injury (TBI) patients emphasizes that different aspects of the design of both experimental and clinical studies should be reviewed and refined. One important aspect to consider is to test different routes of delivery of therapeutic agents. Several studies have shown that the intranasal delivery of drugs could be used in different experimental models of central nervous system diseases. In this review, we will summarize the pharmacokinetic characteristics and practical advantages of intranasal delivery of progesterone. A special emphasis will be placed on describing and discussing our recent findings showing that intranasal delivery of progesterone after transient focal cerebral ischemia: 1) improved motor functions; 2) reduced infarct volume, neuronal loss, blood brain barrier disruption; and 3) reduced brain mitochondrial dysfunctions. Our data suggest that intranasal delivery of progesterone is a potential efficient, safe and non-stressful mode of administration that warrants evaluation for cerebroprotection in patients with brain injuries. This article is part of the Special Issue entitled "Novel Treatments for Traumatic Brain Injury"

Rémanence des utilisations anciennes et gestion conservatoire des pelouses calcicoles en France

En Europe, de nombreux sites de pelouses calcicoles sont gérés pour la conservation de leur importante biodiversité. Cependant, ce sont des pratiques agricoles traditionnelles qui sont à l’origine de leur existence et de leur pérennité. Si ces pratiques sont de mieux en mieux connues, peu de travaux ont été consacrés aux liens qui peuvent exister entre la diversité des pratiques anciennes et la dynamique de la végétation à long terme. Les objectifs de nos travaux ont donc été d’identifier les utilisations agricoles anciennes et leurs impacts sur la composition, la structure et la dynamique successionnelle de la végétation actuelle des pelouses calcicoles en interaction avec l’influence des nouveaux systèmes de gestion mis en place pour leur conservation. Trois sites d’études ont été choisis en France selon un gradient nord-ouest/sud-est. Sur les pelouses calcicoles de Haute-Normandie, nos résultats montrent que les espèces disparues ou fortement menacées de disparition sont plus des espèces messicoles inféodées aux cultures de céréales pratiquées au 19e siècle que les espèces typiques des pelouses calcicoles. Dans le centre, nos résultats montrent également que, quel que soit le régime de perturbations actuel, ce sont toujours les pelouses très anciennes qui possèdent une richesse floristique supérieure à celle des pelouses issues d’anciennes cultures. En complément, dans le sud-est de la France, nos résultats montrent que la composition floristique des friches culturales est très différente de celle des pelouses pâturées historiquement mais aussi que leur richesse floristique reste toujours significativement inférieure même après 35 ans d’abandon et pour un même régime de perturbation actuel. Les pelouses sèches sont donc peu résilientes vis-à-vis de perturbations ponctuelles qui s’insèrent dans des régimes de perturbations pluriséculaires. Les gestionnaires doivent donc prendre en compte ces paramètres afin de hiérarchiser leurs priorités de gestion. Parallèlement aux diagnostics écologiques et inventaires de la biodiversité, ils doivent réaliser des études d’écologie historique pour comprendre plus clairement quels sont les facteurs responsables de la structuration et de la dynamique de ces écosystèmesIn Europe, a lot of chalk grasslands are managed for the conservation of their great biodiversity. However, traditional agricultural practices are at the origin of their existence and maintained them. Although these practices are becoming well documented, very few studies are carried out on the links between traditional agricultural practices and long-term vegetation dynamics. Most of these practices have been abandoned during the last centuries. The aims of our study were to identify the traditional agricultural practices and their impacts on the composition, structure and dynamics of chalk grassland vegetation in interaction with the influence of new management systems created for their biological conservation. Three study sites were chosen in a gradient from North-West France to South-East France. In the chalk grasslands of Upper-Normandy (NW), our results showed that the species which disappeared or are about to disappear from the above-ground vegetation are arable weed species of the 19th century cultivated plots and not typical species of nowadays chalk grasslands. In the centre of France, our results showed that, whatever the present disturbance regimes, old calcareous grasslands always have a higher species richness than grasslands close to former cultivated plots. In South-Eastern France, our results showed that formerly cultivated plots have a very different floristic composition than grazed grasslands. Also, their species-richness is always significantly lower than that of grazed grasslands even after 35 years of abandonment and with the same present disturbance regime. Dry grasslands are not resilient to punctual disturbances taking place within centennial disturbance regimes. Managers must take into account these parameters to set their management priorities. Concurrently to ecological diagnosis and biodiversity inventories, they must carry out historical ecological studies to understand more clearly which variables are responsible for the structure and dynamics of these ecosystem