Impact de l'apport alimentaire en AGPI n-3 sur le métabolisme énergétique cérébral : approches in vivo chez le rat en situation de repos ou d'activation neuronale et in vitro sur un modèle d'astrocytes en culture primaire

Abstract

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.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