Projet ANR-15-CE37-0012 – INNES : Exploration in vivo du couplage métabolique entre neurones et astrocytes lors de l'activation cérébrale: étude par spectroscopie de RMN
Programme : Exploration du système nerveux dans son fonctionnement normal et pathologique (DS0407) 2015
Année de financement : 2015
Coordinateur du projet : Madame Anne-Karine Bouzier-Sore (Centre de Résonance Magnétique des Systèmes Biologiques (CRMSB))
Montant : 236159.0 euros
Date de début : 2016
Durée : 36 mois
Résumé : Etat de l’art : de nombreux résultats récents indiquent que le lactate est utilisé de façon importante par le système nerveux central comme substrat énergétique du métabolisme oxydatif. Les données les plus convaincantes sur son utilisation spécifique par les neurones ont été obtenues grâce à la spectroscopie RMN du 13C, illustrant la puissance de cette méthode pour l’étude du métabolisme. Cependant, la plupart de ces études RMN a été réalisée in vitro ou ex vivo sur des extraits par acide perchlorique. Or ces procédures ont d’importantes limitations et peuvent introduire des biais dans les mesures. 
Objectif du projet : implémenter de nouvelles approches RMN afin d’étudier le métabolisme cérébral lors de l'activation neuronale et évaluer la validité d'une navette lactate entre astrocyte et neurone (ANLSH) afin de déterminer l'utilisation préférentielle du lactate ou du glucose par les neurones lors de l’activation cérébrale. 
Originalité  du projet : l’originalité du projet sera de travailler (i) directement sur les biopsies de cerveau, après perfusion de substrats marqués au 13C sur des rats éveillés et stimulés unilatéralement. La stimulation neuronale sera obtenue par la stimulation des vibrisses droites, qui induit une activation fonctionnelle dans le cortex somato-sensoriel gauche. Afin d’analyser le métabolisme cérébral à l’état d’équilibre isotopique dans des biopsies du cerveau, des perfusions simultanées de glucose et de lactate ([1-13C]glucose+lactate ou glucose+[3-13C]lactate) seront réalisées durant 1h. La stimulation des vibrisses sera réalisée de façon unilatérale ainsi chaque animal sera son propre contrôle. A la fin de la perfusion, les rats seront euthanasiés par micro-ondes, pour éviter tout métabolisme post-mortem. Les zones activées et controlatérales seront prélevées et analysées par spectroscopie HRMAS pour déterminer les enrichissements spécifiques en carbone des métabolites (des résultats préliminaires sur 4 rats ont montré de grandes différences entre les régions activées et non-activées).
Parallèlement, des études dynamiques et en temps réel du métabolisme cellulaire grâce à des acquisitions RMN de substrats enrichis en carbone-13 seront réalisées pour répondre à des questions clés sur le fonctionnement du métabolisme cérébral durant l’activation fonctionnelle. Des protocoles de SRM du 13C seront développés afin d'augmenter de façon très importante la sensibilité de détection in vivo (micro antenne, micro-dialyse cérébrale) et seront appliqués pour analyser le métabolisme énergétique cérébral lors la stimulation cérébrale in vivo.
En combinant ces protocoles de RMN, le programme de recherche donnera un éclairage sur l’utilisation préférentielle du lactate ou du glucose par les neurones durant l’activation cérébrale. De plus, les mêmes procédures expérimentales seront réalisées sur des rats génétiquement modifiés par transfection lentivirale pour réprimer les transporteurs au lactate (MCT2, MCT1 et MCT4). En effet, les MCTs sont les transporteurs aux monocarboxylates décrits dans le modèle ANLSH comme les transporteurs utilisés pour le transfert du lactate astrocytaire vers les neurones lors l’activation cérébrale. Ces rats seront obtenus grâce à de nouveaux vecteurs cellule-spécifiques (dirigés contre les astrocytes ou les neurones) permettant la surexpression ou bien la répression de gènes dans le système nerveux central (des résultats préliminaires ont montré l’efficacité de cette technique). 
Résultats attendus : Ce programme de recherche permettra de déterminer, pour la première fois in vivo, l’existence d’une utilisation spécifique du lactate astrocytaire par les neurones lors de l’activation cérébrale, résultat manquant essentiel à la validation du modèle ANSLH.