Excitotoxicité - Cours 9

Question 1

Définissez excitotoxicité

Answer 1

Capacité du glutamate de détruire les neurones par une transmission excitatrice prolongée.

Question 2

Comment a été découvert l’excitotoxicité?

Answer 2

Glutamate de sodium donné en nourriture à des souriceaux détruisant les neurones de la rétine.

Découverte raffinée :
- Région avec mort neuronale pouvant s’étendre à l’ensemble de l’encéphale.
- Cellules post-synaptiques étant beaucoup plus affectées.
- Antagonistes glutamatergiques préviennent mort neuronale.

Mort neuronale induit par le glutamate monosodique

Question 3

Expliquez l’excitotoxicité

Answer 3

• Capacité du glutamate (ou composés apparentés tel NMDA…) de détruire les neurones par une transmission excitatrice prolongée.
• En condition normal, le glutamate synaptique est élevé pendant quelques millisecondes seulement.
• Si le glutamate synaptique demeure élevé, l’activation de ses récepteurs peut exciter à mort les neurones!
• La mort neuronale survenant lors d’une stimulation excitotoxique peut résulter de la nécrose ou l’apoptose.

Question 4

En gros, l’excitoxicité est dû à quoi? RAISON PRINCIPALE

Answer 4

Excès de Ca2+ dans les neurones

Question 5

Expliquez la voie moléculaire générale de l’excitotoxicité

Answer 5

Le glutamate augmente le taux de calcium dans les neurones, ce qui augmente la production de radicaux libres
-Via NMDAR
-Via mGluR aq qui fait IP3 et augmente calcium
-Via NOs, puis No, puis radicaux libre ONOO- (peroxynitrite)
-Via la mitochondrie qui produit du O2- et active ROS

Les radicaux libres endommagent les structures protéiques (au niveau du noyau de la cellule) et brisent l’ADN
-Via ROS
-Via ONOO-
-EXCITOTOXICITÉ

L’augmentation de la concentration cellulaire en calcium exacerbe la fonction des mitochondries et active la signalisation pour l’apoptose
-Via la production de cytochrome C -> Signal d’apoptose
-EXCITOTOXICITÉ

L’excès de radicaux libres que la cellule nerveuse ne peut gérer détruit la membrane lipidique qui l’enveloppe
-Via augmentation de calcium -> PLA2 -> Acide arachidonique -> peroxydation lipidique -> Déstabilise les membrane (via ONOO- et ROS aussi)
-EXCITOTOXICITÉ

La libération excessive d’acide arachidonique qui est rapidement dégradé en substances au fort pouvoir inflammatoire
-Via PLA2 -> Inflammation
-EXCITOTOXICITÉ

Question 6

Qu’est-ce que l’apoptose?

Answer 6

• La mort cellulaire programmée est une auto-destruction cellulaire hautement et finement régulée.
• Activée en conditions normale (ex : lors du développement) ou pathologique (ex : excitotoxicité, maladies neurodégénératives).
• Implique des changements caractéristiques de la morphologie cellulaire et des voies moléculaires spécifiques (activation des caspases).

Question 7

Quelle est la différence entre apoptose et nécrose?

Answer 7

Apoptose :
-Stimulus apoptotique
-Corps apoptotiques
-Signaux de reconnaissance et phagocytose des corps apostoliques

Nécrose :
-Cellule normale
-Gonflement cellulaire + organelles
-Lyse de la membrane plasmique et fonte des organelles

Question 8

Quels sont les 2 mécanismes d’induction de l’apoptose?

Answer 8

1- La voie des récepteurs de mort (ou voie extrinsèque) via caspase 8, caspase 3

2- La voie mitochondriale (ou voie intrinsèque) via cytochrome c, Apaf-1, caspase 9 et caspase 3

Question 9

Expliquez la voie des capsages de l’apoptose

Answer 9

Les Bcl-2 sont des protecteurs des mitochondries, ils inhibent les Bax
Lors d’états pathologiques avec excès de calcium, l’inhibition des bas est altéré. Les molécules de Bax font alors des dimérisations, des trous dans la membranes de la mitochondrie, ce qui mène à une relâche de cytochromes c
Les cytochromes c activent la caspase-9, qui par la suite active la caspase-3 menant à l’apoptose

Apoptose:
- Condensation de la chromatine
- Fragmentation de l’ADN
- Vesicles membranaires→corps apoptotiques

Question 10

Quelles sont les 6 causes principales d’excitotoxicité?

Answer 10

Ischémie
Hypoglycémie
Status épilepticus
Maladies neurodégénératives
Lésions traumatiques
Intoxication alimentaire

Question 11

Qu’est-ce que l’ischémie ?

Answer 11

(Survenant le plus souvent lors d’AVC) : insuffisance d’irrigation sanguine cérébrale causant un ralentissement de l’élimination du glutamate aux synapses qui est un processus actif qui requiert de l’énergie (donc de l’oxygène et du glucose). L’élimination déficiente engendre une accumulation de glutamate aux synapses.

Question 12

Qu’est-ce que l’hypoglycémie?

Answer 12

Insuffisance de glucose causant un ralentissement de l’élimination du glutamate et ainsi son accumulation aux synapses (et dans l’espace extracellulaire).

Question 13

Qu’est-ce que le status épilepticus?

Answer 13

Crises intenses à répétition entrainant une libération massive et prolongée de glutamate dans l’espace extracellulaire.

Question 14

Que sont les maladies neurodégénératives?

Answer 14

Sclérose latérale amyotrophique, schizophrénie, Huntington’s…..protéines défectueuses- libération massive et prolongée de glutamate dans l’espace extracellulaire.

Question 15

Que sont les lésions traumatiques?

Answer 15

Dommages physiques qui entrainent une libération massive de glutamate et insuffisance d’irrigation sanguine cérébrale causant un ralentissement de l’élimination du glutamate et inflammation avec activation gliale.

Question 16

Qu’est-ce que l’intoxication alimentaire?

Answer 16

Exemple de l’empoisonnement à l’acide domoïque lors d’intoxication aux fruits de mer (cible les récepteurs kaïnate) ou exposition au mercure (MeHg, HgCl2).

Question 17

Expliquez l’excitotoxicité induite par un AVC (ischémie)

Answer 17

Athérome formé dans les capillaires sanguins, faisant un bloquage du transport du sang dans le cerveau

1- Blocage de circulation sanguin
2- Pas d’O2
3- Pas de respiration cellulaire aérobic - moins d’ATP
4- Malfonctionement des pompes (Ca2+ ATPase) qui élimine le calcium présynaptique normalement
5- Augmentation de calcium présynaptique et postsynaptique
6- Augmentation de libération de glutamate présynaptique qui augmente le taux de calcium dans les neurones
7- Excitotoxicité

+ Activation de la voie moléculaire apoptose + inflammation

Question 18

Expliquez ce qu’est l’épilepsie et le status epileptus

Answer 18

Epilepsie: Caractérisée par des altérations fonctionnelles de réseaux neuronaux

Status epileptus (L’état de mal épileptique)
L’état de mal épileptique survient lorsqu’une crise se poursuit pendant plus de 30 minutes.
- Activation constant de circuit neuronaux-l’hippocampe
- Perte de transmission inhibitrice (GABAergique) dans hippocampe
- Augmentation de la transmission glutaminergique

Question 19

Comment peut-on induire le status epileptus?

Answer 19

Injection de pilocarpine
Affecte la transmission glutamatergique (augmente) pour imiter une crise d’épilepsie via la diminution de l’efficacité de GABA
Pilocarpine dégrade la gephyrin qui maintient les récepteurs GABA-A aux membranes
Pilocarpine diminue l’expression de sous-unités spécifiques des récepteurs GABA, particulièrement l’alpha 4

Tout cela augmente la concentration cellulaire en calcium (internalisation GABAR, moins de récepteur, glutamate a effet plus fort car moins d’inhibition)

Question 20

Expliquez ce qu’est la sclérose latérale amyotrophique (ALS)

Answer 20

• Maladie neurodégénérative
• Perte des neurones moteurs
• Gènes principales impliqués dans l’ALS: SOD1, FUS, TDP-43 et C9ORF72

-Atrophie musculaire, paralysie, mort progressive, difficulté à respirer

Question 21

Comme la ALS est lié à l’excitotoxicité?

Answer 21

• SOD1: la principale fonction de cette enzyme est donc de protéger la cellule contre le stress oxidatif.
• Perte des transporteur de glutamate -> accumulation dans la fente synaptique.

-Lors de mutation de SOD1 : Radicaux libre affectent les transporteurs de glutamate (GLT), menant à plus de glutamate dans la fente synaptique et l’excitotoxicité. Mort des motoneurones

Question 22

Expliquez l’exposition au mercure

Answer 22

• Contaminant environnementale
• Formes: mercure élémentaire (ou métallique) (Hg0), organique (méthyle mercure-MeHg), and inorganique (Chlorure de mercure- HgCl2)
• Sources exposition: contamination de nourriture, preservatives des drogue et vaccin, amalgame dentaire, ou travail

Le mercure est un métal naturel. Il peut être toxique quand il est rejeté dans l’environnement
Mort neuronale induit par une surdose de HgCl2

Question 23

Quels sont les mécanismes de l’exposition au mercure menant à l’excitotoxicité?

Answer 23

(1) Inhibition du “reuptake” de glutamate par les astrocytes ainsi que l’inhibition de l’activité de glutamine synthétase
(2) Augmentation de relâche de glutamate présynaptique (+ d’activation de GluR)
(3) Surexpression et activation des récepteurs NMDA (augmente le niveau de calcium intracellulaire)
(4) Augmentation de production ROS-stress oxidant

Question 24

Qu’est-ce qu’un traumatisme crânien (TTC)?

Answer 24

• Altération(s) dans le fonctionnement du cerveau due(s) à une force externe.
• Cause principale d’invalidité et de mortalité chez les jeunes adultes.

Question 25

Quelle est la structure neuronale post-TCC? (mTBI)

Answer 25

Moins de contacts synaptiques en traumatisme crânien Oedème se formant par débalancement ionique

Question 26

Quelles peuvent êtres les conséquences des TCC?

Answer 26

Altérations du réseau : - Diminution du nombre de synapses - Diminution de l’arborisation dendritique - Excitotoxicité Dommage secondaire : - Inflammation (Cytokines) - Mort neuronale (nécrose ou apoptose) Médiateurs de plasticité : - Gène de réponse immédiate - Gène de plasticité - Facteur neurotrophines

Question 27

Que font les traumatisme crânien menant à l,excitotoxicité?

Answer 27

1- Dommage à la barrière hématoencéphalique -> Inflammation (activation de micropsie et astrocytes) -> Augmentation de cytokines et chemokines -> Mort cellulaire OU -> Relâchement de glutamate par les cellules endommagées -> Augmentation du glutamate extracellulaire 2- Endommagement de la capacité des transporteurs glutamate ATP dépendants -> dysfonctionnement de la recapture de glutamate -> Augmentation du glutamate extracellulaire 3- Débalancement ionique de Na+ et K+ -> Dépolarisation de la membrane, augmentation de la relâche de glutamate -> Augmentation du glutamate extracellulaire 4- Augmentation du glutamate extracellulaire -> Augmentation du calcium intracellulaire -> Stress oxydatif (rupture lysomiale -> inflammation et nécrose), dysfonctionnement de la mitochondrie -> Activation de caspase -> Mort cellulaire OU --> Nécrose par activation de calpain -> Inflammation

Question 28

Comment l'excitotoxicité est lié à l'inflammation et aux cellules gliales ?

Answer 28

- L’excitotoxicité cause la relâche de médiateurs inflammatoires tels les cytokines via plusieurs voies moléculaires. - L’excitotoxicité active les cellules gliales de deux manières principales : -une voie directe qui dépend du glutamate et de l’activation neuronale; -une voie indirecte qui est induite par la neuroinflammation. La relâche de médiateurs inflammatoires tels les cytokines (TNFa, IL-6..) via plusieurs voies moléculaires

Question 29

Comment l'inflammation mène à la toxicité?

Answer 29

1- TNFa -> Réduit la recapture de glutamate (GLT, EAAT) -> Augmentation du glutamate extracellulaire -> Excitotoxicité 2- TNFa -> Augmente la régulation de la glutaminase -> Augmentation de glutamate formé par la glutamine -> Excitotoxicité 3- TNFa -> TNFR1 -> Augmente le traffic de récepteurs AMPA à la membrane synaptique -> Augmente l'internalisation de récepteurs GABA-A -> Excitotoxicité 4- TNFa -> TNFR1 -> Augmentation de l'expression de récepteurs AMPAr sans la sous-unité GluR2 (perméable au calcium) -> Excitotoxicité

Question 30

Quel est le rôle des cellules gliales dans l'excitotoxicité?

Answer 30

Activation des trois types de cellules gliales en réponse à une injure (incluant excitotoxicité). Induite par le glutamate extracellulaire, l’adénosine, les cytokines, chimiokines, etc. Activation mesurée par des marqueur spécifique (ex: GFAP pour astrocytes et CD1-1b pour microglie).

Question 31

Qu'est-ce qu'est la cicatrice gliale ou sur activation?

Answer 31

L’activation des astrocytes et de la microglie peut aider à la récupération des fonctions neuronales. De manière opposée, l’activation gliale peut nuire à la restauration des connexions neuronales fonctionnelles.

Question 32

Comment se fait la régénération dans le SNP?

Answer 32

Cellules gliales du SNP facilitatrice : -Lésion d'un nerf périphérique -Des macrophages éliminent rapidement les débris de myéline -Expression des gènes relatifs de croissance -Cellules de Schwann en prolifération stimulant la régénération de la fibre

Question 33

Comment se fait la régénération dans le SNC?

Answer 33

Cellules gliales du SNC inhibitrice : -Lésion d'un axone du SNC -Élimination de longue durée des débris de myéline -Des facteurs inhibiteurs des astrocytes interrompent l'allongement de l'axone

Question 34

Qu'est-ce que la neuroprotection?

Answer 34

Puisque les neurones sont précieux, de nombreux mécanismes existent pour les protéger, entre autres : - Mécanismes de rétroaction directement à la synapse (ex : inactivation ou internalisation des récepteurs, diminution de la relâche en pré-synaptique). - Activation de la ‘unfolded protein response’ (suite à stress réticulum endoplasmique, impact sur synthèse protéique; Atf4, Atf6, Xbp) - Activation des facteurs neurotrophiques: impliqués dans la neuroprotection et dans la plasticité neuronale.

Question 35

Quelles sont les molécules d'adhésion synaptique?

Answer 35

Neuroligine - Molecule d’adhesion synaptique - Formation et maintient des synapses -Connexion avec neurexine

Question 36

Expliquez un mécanisme de rétroaction directement à la synapse

Answer 36

- Neuroligine est séquentiellement clivé par ADAM10 et gamma-secretase– activer par une activité neuronale prolongée - Elimination du connection synaptique -Lors de l'ajout de pilocarpine, augmentation de neuroligine soluble et diminution de neuroligine membranaire

Question 37

Expliquez l'activation de la ‘unfolded protein response’ (suite à stress réticulum endoplasmique)

Answer 37

1- Stress RE 2- UPR 3- Atténuation de la translation (arrêt expression de protéines mal repliées), activation transcriptionnelle de gènes chaperone (aide repliement des protéines), activation de ERAD (aide protéction génomique, mais stress oxidatif) 4- Rétablissement de l'homéostasie de RE, augmente chances de survie 5- Stress ER prolongé ou excessif mène à l'apoptose 3 voies : 1- PERK 2- IRE1 3- ATF6

Question 38

Que sont les neurotrophines?

Answer 38

- Servent à la formation des circuits nerveux car rôle dans formation des neurites et synapses. - Impliquées dans la plasticité. -Joue sur les récepteurs tyrosine kinase qui aide à la survie et la plasticité Augmentation du neurotrophine, BDNF dans un modèle ischemie (AVC) chez le rat, mais diminue après quelque jours si pas capable de récupérer, menant à la mort cellulaire

Question 39

Expliquez le mécanisme de neuroprotection par les neurotrophines

Answer 39

-BDNF et NT-3, protègent les neurones de l’hippocampe neurones de la mort cellulaire induit par glutamate -BDNF augment le niveau de Bcl-2 et protège la fonction des mitochondries