L'activation des α-sécrétases : une nouvelle stratégie thérapeutique pour le traitement du traumatisme crânien

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L’activation des α-sécrétases : une nouvelle stratégie

thérapeutique pour le traitement du traumatisme

crânien

Eleni Siopi

To cite this version:

Eleni Siopi. L’activation des α-sécrétases : une nouvelle stratégie thérapeutique pour le traitement du traumatisme crânien. Médecine humaine et pathologie. Université René Descartes - Paris V, 2012. Français. �NNT : 2012PA05P616�. �tel-00748807�

N¡ dÕordre

AnnŽe 2012

UNIVERSITE PARIS DESCARTES

THESE DE DOCTORAT

ƒcole Doctorale du MŽdicament (ED MTCE)

SpŽcialitŽ

Pharmacologie

PrŽsentŽe par

Eleni SIOPI

Pour lÕobtention du grade de

DOCTEUR DE LÕUNIVERSITE PARIS DESCARTES

LÕACTIVATION DES !-SECRETASES :

UNE NOUVELLE STRATEGIE THERAPEUTIQUE POUR LE

TRAITEMENT DU TRAUMATISME CRåNIEN

Soutenue publiquement le 3 juillet 2012

Devant le jury composŽ de :

Dr. Franoise LAZARINI

Rapporteur

Pr. Jean-Franois PAYEN

Rapporteur

Pr. Carine ALI

Examinateur

Pr. Jean-Franois MATHƒ

Examinateur

Pr. Catherine MARCHAND-LEROUX

Examinateur

Pr. Michel PLOTKINE

Examinateur

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REMERCIEMENTS

A plusieurs reprises, durant ce travail de thse, je me suis sentie dŽsemparŽe devant l'ampleur de la t‰che ˆ accomplir. Pourtant, ˆ l'heure de rŽdiger ces remerciements, je rŽalise avec grande Žmotion ˆ quel point j'ai toujours ŽtŽ bien entourŽe et soutenue. Ce manuscrit est le fruit dÕun long investissement ayant mis ˆ contribution de nombreuses personnes qui ont participŽ ˆ lÕachvement de ce projet. QuÕelles puissent trouver dans ces quelques lignes lÕexpression de mes sincres remerciements.

Ma thse n'aurait sans doute jamais abouti si je n'avais pas eu la chance de croiser la route du Professeur Mehrnaz JAFARIAN-TEHRANI, ma directrice de thse. Je tiens ˆ la remercier pour son ouverture d'esprit, pour sa disponibilitŽ, pour sa confiance en moi, pour ses encouragements et pour sa fidŽlitŽ ˆ mes convictions. C'est gr‰ce ˆ elle que j'ai appris, au cours de ces quatre annŽes de collaboration, le cožt et le bŽnŽfice de la libertŽ, d'action comme de pensŽe. Optimisme, tŽnacitŽ, rigueur, comprŽhension, tolŽrance et curiositŽ. Elle est pour moi une inspiration, une amie et un exemple ˆ suivre.

JÕexprime mon respect et ma profonde reconnaissance au Monsieur le

Professeur Michel PLOTKINE, pour mÕavoir accueillie au sein du laboratoire de

pharmacologie de la circulation cŽrŽbrale (EA 4475), pour tous ses conseils et discussions fructueuses.

JÕexprime ma sincre reconnaissance ˆ Madame le Professeur Catherine

MARCHAND-LEROUX, directrice de mon laboratoire dÕaccueil EA 4475, pour sa

confiance en moi, sa disponibilitŽ, ses conseils prŽcieux.

JÕadresse aussi ma profonde gratitude ˆ lÕensemble des membres du jury qui mÕont fait lÕhonneur de juger mon travail :

Madame le Docteur Franoise LAZARINI, pour avoir acceptŽ de juger mon travail de

thse en qualitŽ de rapporteur. Je lui exprime toute ma gratitude et mes remerciements.

Monsieur le Professeur Jean-Franois PAYEN, pour sՐtre rendu disponible et avoir

acceptŽ la fonction de rapporteur. Je lui exprime toute ma considŽration et mes remerciements.

Monsieur le Professeur Jean-Franois MATHƒ, pour lÕintŽrt quÕil a manifestŽ ˆ

lՎgard de cette recherche en sÕengageant ˆ tre examinateur. Je lui exprime toute ma chaleureuse gratitude et reconnaissance.

De mme, Madame le Professeur Carine ALI, pour avoir acceptŽ de juger ce travail

en tant quÕexaminateur. Je lui exprime toute ma chaleureuse gratitude.

Je souhaite aussi exprimer ma profonde gratitude ˆ la Ç FONDATION DES

GUEULES CASSEES È qui mÕa apportŽ son soutien en mÕoffrant un financement

pour cette thse.

Je tiens ˆ remercier Žgalement les Žtudiants Silvia CALABRIA, Gemma

LLUFRIU-DABEN, Francesca FANUCCHI, Angelo CHO et Sandra VIDAL-LLETJOS,

pour avoir participŽ vivement ˆ ce projet avec engagement et enthousiasme. Je suis reconnaissante pour leur aide indispensable et pour tous les bons moments passŽs ensemble.

LÕaide et le soutien du personnel technique du laboratoire mÕa ŽtŽ Žgalement indispensable. Je garde ainsi une place particulire ˆ Mathieu SOUSTRAT, pour lÕambiance de travail trs agrŽable quÕil a su crŽer au laboratoire, ˆ Nicole CROCI pour mÕavoir conseillŽe et encouragŽe tout au long de cette aventure et ˆ Bruno

PALMIER, pour avoir partagŽ ses compŽtences scientifiques ainsi que son bon

humeur au quotidien.

Je tiens aussi ˆ remercier le Dr. Florence NOBLE pour nos discussions scientifiques sur le comportement.

Un grand merci au Dr. Nicole CLAPERON pour son soutien et ses conseils indispensables. Je lui exprime mon respect et ma profonde reconnaissance.

Un merci aussi ˆ Isabelle, ValŽrie, Virginie et Dominique pour leurs conseils et leur amitiŽ.

JÕaimerais aussi exprimer ˆ tous les doctorants du laboratoire le plaisir et le bonheur que j'ai eu ˆ travailler ˆ leurs c™tŽs. Mohamad, Cindy, Haymen, Marie L.,

Fei, Magalie, Marie G., Tiphaine et ˆ tous ceux qui ont constituŽ cette Žquipe si

vivante. Leur amitiŽ et leur solidaritŽ mÕont accompagnŽe tout le long de ces annŽes, pendant les phases joyeuses et sombres. Je leur exprime ma profonde sympathie et leur souhaite beaucoup de bien.

Cette thse, aboutissement de longues annŽes dՎtudes, je la dois beaucoup ˆ mes parents, Maria et Christos, ˆ mon frre Dimitris et ˆ ma chre grande-mre,

giagia Paraskevi qui nous a rŽcemment quittŽs. Je les remercie de mÕavoir toujours

protŽgŽe avec un amour Žmouvant et fidle, dans un climat toujours serein, ˆ lÕabri de tout souci affectif. Il mÕest impossible de trouver des mots pour dire ˆ quel point je les aime et je suis fier dÕeux, et ˆ quel point et je les remercie pour tous les sacrifices quÕils ont dž faire pour moi.

Je souhaite Žgalement remercier de tout mon cÏur mon extraordinaire compagnon Vassili, qui mՎpaule maintenant depuis 5 ans, ainsi que sa famille chaleureuse, Kostas, Aleka et HŽcate, dont la solidaritŽ mÕa accompagnŽe et apaisŽe au quotidien.

Pour conclure, ces remerciements ne seraient pas complets sans une pensŽe et un clin dÕÏil amical pour tous mes amis en Grce et en France. Merci de mÕavoir aidŽe et encouragŽe, malgrŽ les distances, et pour mÕavoir changŽe les idŽes quand jÕen avais besoin.

SOMMAIRE

LISTE DES PUBLICATIONS ET COMMUNICATIONS I

PUBLICATIONS I COMMUNICATIONS ORALES COMMUNICATIONS AFFICHEES II TABLEAUX ET FIGURES V ABREVIATIONS VII INTRODUCTION ... 1 RAPPELS BIBLIOGRAPHIQUES ... 3

CHAPITRE 1 : LE TRAUMATISME CRANIEN 3

1. ASPECTS CLINIQUES DU TRAUMATISME CRANIEN 3

... 1.1. ƒpidŽmiologie et Žtiologie 3

1.2. Les lŽsions post-traumatiques 4

1.2.1. LŽsions primaires 5

1.2.2. LŽsions secondaires 8

1.3. Les atteintes comportementales 12

1.3.1. Dysfonctionnement cognitif 13

1.3.2. Dysfonctionnement moteur 15

1.3.3. Dysfonctionnement sensoriel 16

1.3.4. Dysfonctionnement psychique 18

1.3.5. Causes des dysfonctionnements neurologiques post-TC 19

1.4. Les cascades physiopathologiques aprs un TC 20

1.4.1. LÕexcitotoxicitŽ 20

1.4.2. Le stress oxydant 21

1.4.3. La neuro-inflammation 22

1.4.4. La mort cellulaire 22

1.5. ƒvaluation et classification de la gravitŽ du traumatisme cr‰nien 24

1.6. Prise en charge des traumatisŽs cr‰niens 28

2. MODELES EXPERIMENTAUX DE TRAUMATISME CRANIEN 30

2.1. Modles in vitro 30

2.1.1. TC sur cultures cellulaires 31

2.1.2. TC sur coupes 31

2.2. Modles in vivo 31

2.2.1. Ë cr‰ne ouvert 32

2.2.2. A cr‰ne fermŽ 33

3. LES ESSAIS CLINIQUES DANS LE TRAUMATISME CRANIEN 35

CHAPITRE 2 : LA NEURO-INFLAMMATION POST-TC 43

1. DEFINITION 43

...

2. LES SOURCES CELLULAIRES DE LA NEURO-INFLAMMATION 43

...

2.1. Les microglies 43

2.2. Les astrocytes 48

2.3. Les cellules sanguines 49

3. LES COMPOSANTS MOLECULAIRES IMPLIQUES DANS LE PROCESSUS TRAUMATISME

NEURO-INFLAMMATOIRE POST-TC 51

3.1. Les cytokines 51

3.2. Les chimiokines 53

3.3. Les molŽcules dÕadhŽsion 54

3.4. Les mŽtalloprotŽases de la matrice extracellulaire 54

3.5. NO, NO synthases et cyclo-oxygŽnases (COX) 55

CHAPITRE 3 : LE PRECURSEUR DU PEPTIDE BETA-AMYLOIDE ET SA

PROTEOLYSE PAR LES SECRETASES 57

1. LE PRECURSEUR DU PEPTIDE ! AMYLOIDE (!APP) 57

1.1. GŽnŽralitŽs 57

1.2. La structure et le r™le physiologique du !APP 58

1.3. Les deux voies de protŽolyse du !APP 59

2. LES SECRETASES 61

2.1. Les "-sŽcrŽtases (ADAMs) 61

2.2. Les !-sŽcrŽtases 69

2.3. Les #-sŽcrŽtases 71

3. LES PRODUITS PRINCIPAUX DE LA PROTEOLYSE DU !APP 71

3.1. La forme soluble " du prŽcurseur du peptide ! amylo•de (sAPP") 71 3.2. La forme soluble ! du prŽcurseur du peptide beta amylo•de (sAPP!) 76

3.3. Le peptide A! 76

CHAPITRE 4 : LA MINOCYCLINE 79

11

1. GENERALITES 79

1.1. La famille des tŽtracyclines 79

1.2. La pharmacocinŽtique de la minocycline 81

2. LES MECANISMES DÕACTION DE LA MINOCYCLINE 81

3. LA MINOCYCLINE ET LES PATHOLOGIES DU SNC 84

4. LA MINOCYCLINE ET LE TRAUMATISME CRANIEN 84

CHAPITRE 5 : LÕETAZOLATE 97

1. LES GENERALITES 97

2. LES MECANISMES DÕACTION DÕETAZOLATE 97

2.1. Inhibition des phosphodiŽsterases du type 4 97

2.2. Modulation des rŽcepteurs GABAA 103

2.3. Stimulation de lÕactivitŽ des "-sŽcrŽtases 105

3. LES ESSAIS CLINIQUES AVEC LÕETAZOLATE (EHT0202) 107

BUT DE TRAVAIL ... 109 MATERIELS ET METHODES ... 111

1. ANIMAUX 111

2. MODELE DE TRAUMATISME CRANIEN PAR PERCUSSION MECANIQUE 111

3. PROTOCOLES DE TRAITEMENT 111

4. ƒVALUATION DE LÕÎDEME CEREBRAL 112

5. ƒVALUATIONS BIOCHIMIQUES 112

5.1. Dosage des protŽines totales 112

5.2. Dosage de la sAPP" par ELISA 113

5.3. Dosage de lÕIL-1! par ELISA 114

6. ƒVALUATIONS HISTOLOGIQUES 115

6.1. PrŽlvement et coupe des cerveaux 115

6.2. ƒvaluation du volume de lŽsion focale et de lÕexpansion du ventricule

ipsilatŽral par la coloration au violet de CrŽsyl 115

6.3. ƒvaluation de la surface des bulbes olfactifs 116

6.4. ƒvaluations de lÕactivation microgliale, de lÕastrogliose et des LADs par

immunohistochimie (IHC) 116

6.4.1. Immunomarquage de CD11b (activation microgliale) 117 6.4.2. Immunomarquage de GFAP (astrogliose) 118 6.4.3. La mŽthode de quantification 118

7. ƒVALUATION DU SCORE NEUROLOGIQUE PAR LE SCORE IRWIN-SORTIE DU CERCLE 118

8. ƒVALUATION DE LA FONCTION OLFACTIVE POST-TC 120

8.1. Test de prŽfŽrence olfactive 120

8.2. Test dÕaversion olfactive 121

9. ƒVALUATION DE LA FONCTION LOCOMOTRICE PAR LÕACTIMETRIE 121

10. ƒVALUATION DE LA MEMOIRE PAR LE TEST DE RECONNAISSANCE DE NOUVEL OBJET

(NORT) 122

10.1. Tests de PrŽfŽrence 123

11. ƒVALUATION DE LÕANXIETE 124

11.1. Test de la ÇElevated Plus Maze (EPM)È 124

11.2. Test de la ÇElevated Zero Maze (0-maze)È 125

12. ANALYSE STATISTIQUE DES RESULTATS 125

RESULTATS ... 127

PREMIERE PARTIE 127

ETUDE DE LÕEFFET DE LA MINOCYCLINE SUR LE NIVEAU POST-TC DE LA SAPP" ET SUR LES CONSEQUENCES HISTOLOGIQUES ET FONCTIONNELLES TARDIVES DU TC 1. La minocycline en traitement aigu rŽtablit le niveau post-traumatique de la sAPP" et diminue les lŽsions cŽrŽbrales et la gliose rŽactive ˆ long terme post-TC 128

Article 1 ₁₂₈

Siopi E, Cho AH, Homsi S, Croci N, Plotkine M, Marchand-Leroux C, Jafarian-Tehrani M (2011). Minocycline restores sAPP! levels and reduces the late histopathological consequences of traumatic brain injury in mice. J Neurotrauma, 28: 2135-2143. 2. La minocycline en traitement aigu amŽliore la fonction olfactive et diminue la lŽsion des bulbes olfactifs post-TC 129

2.1. Test de prŽfŽrence olfactive 129

2.2. Article 2 130

Siopi E, Calabria S, Plotkine M, Marchand-Leroux C, Jafarian-Tehrani M (2012). Minocycline improves olfactory bulb volume and olfactory behavior after traumatic brain injury in mice. J Neurotrauma, 29: 354-361. 3. La minocycline en traitement aigu amŽliore la fonction cognitive ˆ court et ˆ long terme post-TC 131

3.1. Mise au point du test de reconnaissance de nouvel objet (NORT) chez la souris : tests de prŽfŽrence pour le choix des objets 131

3.2. Article 3 132

Siopi E, Llufriu-DabŽn G, Fanucci F, Plotkine M, Marchand-Leroux C, Jafarian-Tehrani M (2012). Evaluation of late cognitive impairment and anxiety states following traumatic brain injury in mice: The effect of minocycline. Neurosci Lett, 511: 110-115. 4. Discussion 133

DEUXIEME PARTIE 140 ETUDE DE LÕEFFET DÕUN ACTIVATEUR DES "-SƒCRƒTASES, LՃTAZOLATE, SUR LES CONSƒQUENCES BIOCHIMIQUES, HISTOLOGIQUES ET FONCTIONNELLES DU TC A COURT ET A LONG TERME

1. Un activateur des "-sŽcrŽtases, lՎtazolate, rŽduit la neuro-inflammation et

entra”ne une neuroprotection ˆ court et ˆ long terme post-TC chez la souris 141

1.1. ƒvolution post-TC du taux de lÕIL-1! 141

1.2. ƒvolution post-TC de lÕÏdme cŽrŽbral 141

1.3. Article 4 143

Siopi E, Llufriu-DabŽn G, Cho AH, Vidal-Lletj—s S, Plotkine M, Marchand-Leroux C, Jafarian-Tehrani M. (2012). Etazolate, a phosphodiesterase-4 inhibitor and !-secretase activator, reduces neuroinflammation and offers persistent neuroprotection following traumatic brain injury in mice (soumis). 1.4. Effet de lՎtazolate sur la tempŽrature rectale post-TC 144

1.5. Effet propre de lՎtazolate sur lÕactivitŽ locomotrice spontanŽe et le score neurologique chez les souris na•ves 144

2. Discussion 147

CONCLUSIONS ET PERSPECTIVES ... 151

LISTE DES PUBLICATIONS ET COMMUNICATIONS

PUBLICATIONS INTERNATIONALES Ë COMITE DE LECTURE (RELATIVES Ë CE TRAVAIL)

Siopi E, Cho AH, Homsi S, Croci N, Plotkine M, Marchand-Leroux C, Jafarian-Tehrani M

(2011). Minocycline restores sAPP! levels and reduces the late histopathological consequences of traumatic brain injury in mice. J Neurotrauma, 28: 2135-43.

Siopi E, Calabria S, Plotkine M, Marchand-Leroux C, Jafarian-Tehrani M (2012). Minocycline

improves olfactory bulb volume and olfactory behavior after traumatic brain injury in mice. J Neurotrauma, 29 : 354-361.

Siopi E, Llufriu-Daben G, Fanucchi F, Plotkine M, Marchand-Leroux C, Jafarian-Tehrani M

(2012). Evaluation of late cognitive impairment and anxiety states following traumatic brain injury in mice: The effect of minocycline. Neurosci Lett, 511: 110-115.

Siopi E, Llufriu-Daben G, Cho AH, Vidal-Lletj—s S, Plotkine M, Marchand-Leroux C,

Jafarian-Tehrani M (2012). Etazolate, a phosphodiesterase-4 inhibitor and !-secretase activator, reduces neuroinflammation and offers persistent neuroprotection following traumatic brain injury in mice (soumis).

PUBLICATION INTERNATIONALE Ë COMITE DE LECTURE (NON-RELATIVE ËCE TRAVAIL)

L—pez-Rodr’guez AB, Siopi E, Kerr DM, Ford GK, Marchand-Leroux C, Finn DP, Jafarian-Tehrani M, Viveros MP. Involvement of the endocannabinoid system in the neuroprotective effects of minocycline after traumatic brain injury in mice (manuscrit

en prŽparation).

COMMUNICATIONS ORALES (* prŽsentŽes par E. Siopi)

* Siopi E, Homsi S, Croci N, Plotkine M, Marchand-Leroux C, Jafarian-Tehrani M. Minocycline et neuroprotection

dans le traumatisme cr‰nien : un r™le potentiel du neuroprotecteur endogne sAPPa. RŽunion annuelle

de la SociŽtŽ de Circulation et de MŽtabolisme du Cerveau (SCMC). UniversitŽ Paris Descartes,

FacultŽ de Pharmacie, Paris, France, 29 Janvier 2010.

Siopi E, Cho AH, Homsi S, Croci N, Plotkine M, Marchand-Leroux C, Jafarian-Tehrani M. Minocycline et

neuroprotection dans le traumatisme cr‰nien : un r™le potentiel du neuroprotecteur endogne sAPP!.

Rencontre annuelle du club de neuroprotection, maison de lÕAmŽrique Latine, Paris, France, 22

Octobre 2010.

* Siopi E, Cho AH, Homsi S, Croci N, Plotkine M, Marchand-Leroux C, Jafarian-Tehrani M. Minocycline et

neuroprotection dans le traumatisme cr‰nien : un r™le potentiel du neuroprotecteur endogne sAPP!.

Colloque annuel de la SociŽtŽ de Circulation et de MŽtabolisme du Cerveau (SCMC), Ç Hypoxie È.

Campus Jules Horowitz, Caen, France, 20-21 Janvier 2011.

Jafarian-Tehrani M, Siopi E, Cho AH, Homsi S, Croci N, Plotkine M, Marchand-Leroux C. Reduction of the long-term consequences of traumatic axonal injury by minocycline following closed head injury in mice : the potential neuroprotective role of sAPP!. VIme _{congrs de Physiologie, de Pharmacologie et de}

ThŽrapeutique. Alpes Congrs, Grenoble, France, 22-24 Mars 2011. In: Fundam Clin Pharmacol (2011)

L—pez-Rodr’guez AB, Siopi E, Kerr DM, Ford GK, Marchand-Leroux C, Finn DP, Jafarian-Tehrani M, Viveros MP. Involvement of the endocannabinoid system in the neuroprotective effects of minocycline after traumatic brain injury in mice. 12» Reuni—n Anual de la Sociedad Espa–ola de Investigaci—n sobre

Cannabinoides, UniversitŽ de Navarra, Pamplona, Espagne, 24-26 Novembre 2011.

* Siopi E, Llufriu-Daben G, Cho AH, Vidal-Lletj—s, Plotkine M, Marchand-Leroux C, Jafarian-Tehrani M.

Etazolate, a phosphodiesterase-4 inhibitor and !-secretase activator, reduces neuroinflammation and offers persistent neuroprotection following traumatic brain injury in mice. JournŽe ÔParlons de la

microglieÕ, Institut de Biologie de lÕEcole Normale SupŽrieure, Paris, France, 16 Mars 2012.

* Siopi E, Llufriu-Daben G, Cho AH, Vidal-Lletj—s S, Plotkine M, Marchand-Leroux C, Jafarian-Tehrani M.

Etazolate reduces neuroinflammation, restores sAPP! levels and offers persistent neuroprotection after traumatic brain injury in mice. Congrs de Physiologie, de Pharmacologie et de ThŽrapeutique. Dijon, France, 5 Avril 2012. In : Fundam Clin Pharmacol (2012) 26(S1): 20.

* Siopi E, Llufriu-Daben G, Vidal-Lletj—s, Cho AH, Plotkine M, Marchand-Leroux C, Jafarian-Tehrani M.

Etazolate, a phosphodiesterase-4 inhibitor and !-secretase activator, reduces neuroinflammation and offers persistent neuroprotection following traumatic brain injury in mice. Les JournŽes de lÕEcole Doctorale MTCE, AmphithŽ‰tre Buffon, UniversitŽ Paris Diderot, Paris, France, 10-11 avril 2012.

SEMINAIRE SUR INVITATION

Jafarian-Tehrani M. et Siopi E. Minocycline and neuroprotection in experimental traumatic brain injury. Invited by Dr Franoise LAZARINI, Pasteur Institute, Laboratory of Perception and memory, CNRS URA 2182, Paris, 19 Mai 2011.

COMMUNICATIONS AFFICHƒES

Siopi E, Homsi S, Croci N, Plotkine M, Marchand-Leroux C, Jafarian-Tehrani M. Minocycline attenuates the

traumatic brain injury-mediated decrease of an endogenous neuroprotector, the soluble form a of the amyloid precursor protein, sAPPa. Congrs de Physiologie, de Pharmacologie et de ThŽrapeutique

(P2T), Centre hospitalier et universitaire de Bordeaux, UniversitŽ Victor SŽgalen, Bordeaux, France,

23-25 Mars 2010. In: Fundam Clin Pharmacol (2010) 24 (S1): 44.

Siopi E, Homsi S, Croci N, Plotkine M, Marchand-Leroux C, Jafarian-Tehrani M. Minocycline attenuates the

traumatic brain injury-mediated decrease of an endogenous neuroprotector, the soluble form a of the amyloid precursor protein, sAPPa. Premire rŽunion de lÕinstitut MŽdicament Toxicologie Chimie et

Environnement (IMTCE), UniversitŽ Paris Descartes, FacultŽ de MŽdecine, Paris, France, 8 Avril 2010. Siopi E, Cho AH, Homsi S, Croci N, Plotkine M, Marchand-Leroux C, Jafarian-Tehrani M. Reduction of the

long-term consequences of diffuse axonal injury by minocycline following closed head injury in mice: the potential neuroprotective role of sAPP!. Congrs Young Researchers in Life Sciences (YRLS), Institut Pasteur, Paris, France, 7-9 Juin 2010.

Siopi E, Cho AH, Homsi S, Croci N, Plotkine M, Marchand-Leroux C, Jafarian-Tehrani M. Reduction of the

long-term consequences of diffuse axonal injury by minocycline following closed head injury in mice: the potential neuroprotective role of sAPP!. Congrs Neuroinflammation and Glial reactivity du Club

franais des Cellules Gliales, Institut du cerveau et de la mo‘lle Žpinire, h™pital Salptrire, Paris,

Siopi E, Calabria S, Plotkine M, Marchand-Leroux C, Jafarian-Tehrani M. Minocycline reduces the olfactory bulb

lesions and olfactory impairment induced by traumatic brain injury in mice : A twelve-week follow-up study. Congrs de Physiologie, de Pharmacologie et de ThŽrapeutique (P2T), Grenoble, France, 22-24 Mars 2011. In: Fundam Clin Pharmacol (2011) 25 (S1): 61-62.

Siopi E, Calabria S, Plotkine M, Marchand-Leroux C, Jafarian-Tehrani M. Minocycline improves olfactory bulb

integrity and olfactory behavior after traumatic brain injury in mice. JournŽe de lÕEcole Doctorale MTCE, FacultŽ de Pharmacie, UniversitŽ Paris Descartes, Paris, France, 3 Mai 2011.

Siopi E, Calabria S, Plotkine M, Marchand-Leroux C, Jafarian-Tehrani M. Minocycline improves olfactory bulb

integrity and olfactory behavior after traumatic brain injury in mice. Congrs Ç Young Researchers in Life Sciences È (YRLS), Institut Pasteur, Paris, France, 9-11 Mai 2011.

Siopi E, Llufriu-DabŽn G, Fanucchi F, Plotkine M, Marchand-Leroux C, Jafarian-Tehrani M. Acute minocycline

treatment improves memory function following traumatic brain injury in mice. 2me _{journŽe de lÕinstitut}

MŽdicament Toxicologie Chimie et Environnement (IMTCE), Ç Partenariats Recherche fondamentale

Ð Recherche clinique È, UniversitŽ Paris Descartes, FacultŽ de MŽdecine, Paris, France, 27 Mai 2011.

Siopi E, Calabria S, Plotkine M, Marchand-Leroux C, Jafarian-Tehrani M. Minocycline improves olfactory bulb

integrity and olfactory behavior after traumatic brain injury in mice. 2me _{journŽe de lÕinstitut}

MŽdicament Toxicologie Chimie et Environnement (IMTCE), Ç Partenariats Recherche fondamentale

Ð Recherche clinique È, UniversitŽ Paris Descartes, FacultŽ de MŽdecine, Paris, France, 27 Mai 2011.

Siopi E, Calabria S, Plotkine M, Marchand-Leroux C, Jafarian-Tehrani M. Minocycline improves olfactory bulb

integrity and olfactory behavior after traumatic brain injury in mice. XXVth International Symposium on Cerebral Blood Flow, Metabolism and Function and the Xth International Conference on Quantification of Brain Function with PET. Barcelone, Espagne, 24-28 Mai 2011.

Siopi E, Cho AH, Homsi S, Croci N, Plotkine M, Marchand-Leroux C, Jafarian-Tehrani M. Reduction of the

long-term consequences of diffuse axonal injury by minocycline following closed head injury in mice: the potential neuroprotective role of sAPP!. XXVth International Symposium on Cerebral Blood Flow, Metabolism and Function and the Xth International Conference on Quantification of Brain Function with PET. Barcelone, Espagne, 24-28 Mai 2011.

Siopi E, Calabria S, Plotkine M, Marchand-Leroux C, Jafarian-Tehrani M. Minocycline improves olfactory bulb

integrity and olfactory behavior after traumatic brain injury in mice. National Neurotrauma Symposium, Westin Diplomat Resort, Fort Lauderdale, Florida, USA,10-13 juillet 2011. In: J Neurotrauma (2011) 28: A-11.

Siopi E, Cho HA, Plotkine M, Marchand-Leroux C, Jafarian-Tehrani M. Reduction of the long-term consequences

of diffuse axonal injury by minocycline following closed-head injury in mice: the potential neuroprotective role of sAPP!. National Neurotrauma Symposium, Westin Diplomat Resort, Fort Lauderdale, Florida, USA, 10-13 juillet 2011. In: J Neurotrauma (2011) 28: A-65.

Siopi E, Llufriu-DabŽn G, Fanucchi F, Plotkine M, Marchand-Leroux C, Jafarian-Tehrani M. Acute minocycline

treatment improves memory function following traumatic brain injury in mice. National Neurotrauma

Symposium, Westin Diplomat Resort, Fort Lauderdale, Florida, USA, 10-13 juillet 2011.

In: J Neurotrauma (2011) 28: A-64.

Siopi E, Llufriu-DabŽn G, Fanucchi F, Plotkine M, Marchand-Leroux C, Jafarian-Tehrani M. Acute minocycline

treatment improves memory function following traumatic brain injury in mice. Colloque annuel de la

Siopi E, Llufriu-DabŽn G, Fanucchi F, Plotkine M, Marchand-Leroux C, Jafarian-Tehrani M. Acute minocycline

treatment improves memory function following traumatic brain injury in mice. Congrs de Physiologie,

de Pharmacologie et de ThŽrapeutique. Dijon, France, 4-6 Avril 2012. In: Fundam Clin Pharmacol (2012) 26 (S1): 93.

Siopi E, Llufriu-Daben G, Vidal-Lletj—s S, Cho AH, Plotkine M, Marchand-Leroux C, Jafarian-Tehrani M.

Etazolate reduces neuroinflammation, restores sAPP! levels and offers persistent neuroprotection after traumatic brain injury in mice. Congrs de Physiologie, de Pharmacologie et de ThŽrapeutique. Dijon, France, 4-6 Avril. In: Fundam Clin Pharmacol (2012)26 (S1 ): 20.

Siopi E, Llufriu-Daben G, Vidal-Lletj—s S, Cho AH, Plotkine M, Marchand-Leroux C, Jafarian-Tehrani M.

Etazolate reduces neuroinflammation, restores sAPP! levels and offers persistent neuroprotection after traumatic brain injury in mice. 3me _{journŽe de lÕinstitut MŽdicament Toxicologie Chimie et}

Environnement (IMTCE), UniversitŽ Paris Descartes, Paris, France, 22 Juin 2012.

Siopi E, Llufriu-Daben G, Vidal-Lletj—s S, Cho AH, Plotkine M, Marchand-Leroux C, Jafarian-Tehrani M.

Etazolate reduces neuroinflammation, restores sAPP! levels and offers persistent neuroprotection after traumatic brain injury in mice. National Neurotrauma Symposium, Arizona Baltimore Resort & Spa, Phoenix, Arizona, USA, 22-25 Juillet 2012. In: J Neurotrauma (2012) in press.

PRIX

11 Mai 2011 : Prix du meilleur poster (votŽ par le public) pour la communication :

Siopi E, Calabria S, Plotkine M, Marchand-Leroux C, Jafarian-Tehrani M. Minocycline improves olfactory bulb

integrity and olfactory behavior after traumatic brain injury in miceÕ. Young Researchers in life congress, Institut Pasteur, Paris, France, 9-11 Mai 2011.

13 Juillet 2011 : Finaliste du prix du meilleur poster pour la communication :

Siopi E, Calabria S, Plotkine M, Marchand-Leroux C, Jafarian-Tehrani M. Minocycline improves olfactory bulb

integrity and olfactory behavior after traumatic brain injury in mice. National Neurotrauma Symposium, Fort Lauderdale, Florida, USA, 10-13 juillet 2011. In: J Neurotrauma (2011) 28: A-11.

6 Avril 2012 : Finaliste du prix de thse en Pharmacologie prŽ-clinique pour la communication :

Siopi E, Llufriu-Daben G, Cho AH, Vidal-Lletj—s S, Plotkine M, Marchand-Leroux C, Jafarian-Tehrani M.

Etazolate reduces neuroinflammation, restores sAPP! levels and offers persistent neuroprotection after traumatic brain injury in mice. Congrs de Physiologie, de Pharmacologie et de ThŽrapeutique. Dijon, France, 4-6 Avril.

TABLEAUX ET FIGURES

TABLEAUX

Tableau 1 : Score de Coma de Glasgow 25

Tableau 2 : LՎchelle de devenir de Glasgow 26

Tableau 3 : LՎchelle de devenir de Glasgow Žtendue 27

Tableau 4 : Les essais cliniques les plus rŽcents sur le traumatisme cr‰nien 41

Tableau 5 : Les substrats des ADAMs 9, 10 et 17 64

Tableau 6 : Les mŽcanismes dÕaction de la sAPP! et les effets produits 73

Tableau 7 : MŽcanismes d'action proposŽs ˆ lÕorigine de lÕeffet neuroprotecteur

de la minocycline 87

Tableau 8 : Effets in vitro de la minocycline 89

Tableau 9 : Effets in vivo de la minocycline dans des modles animaux

des pathologies du SNC 91

Tableau 10 : Les essais cliniques les plus rŽcents avec la minocycline pour des

pathologies du SNC 95

Tableau 11 : Etazolate : mŽcanismes dÕaction, effets pharmacologiques,

Žtude clinique & brevet 98

Tableau 12 : LÕexpression des sous-familles de PDE4 dans les diffŽrents tissus

et populations cellulaires humaines 101

Tableau 13 : Cotation de la sortie du cercle sur 3 points 119

Tableau 14 : Cotation des critres choisis dans la grille dՎvaluation

dÕIrwin sur 5 points 119

FIGURES

Figure 1 : SchŽma chronologique des consŽquences aigues et tardives post-TC 4

Figure 2 : SchŽma de la composition cellulaire de la BHE 10

Figure 3 : Les diffŽrents types de mŽmoire 14

Figure 4 : Les diffŽrentes voies de la mort cellulaire 24

Figure 5 : La BHE endommagŽe et les diffŽrentes sources cellulaires

de la neuro-inflammation ˆ la suite dÕun TC 44

Figure 7 : Le double r™le de la microglie active 46

Figure 8 : ReprŽsentation schŽmatique de la cinŽtique dÕactivation

microgliale post-TC 47

Figure 9 : ReprŽsentation schŽmatique de la cinŽtique post-TC des cellules

inflammatoires 50

Figure 10 : ReprŽsentation des diffŽrents domaines de la molŽcule "APP 59

Figure 11 : La voie non-amylo•dogŽnique de protŽolyse du §APP 60

Figure 12 : La voie amylo•dogŽnique de protŽolyse du §APP 60

Figure 13 : La structure dÕune ADAM classique 62

Figure 14 : ReprŽsentation des domaines solubles sAPP! et sAPP" 72

Figure 15 : Structures chimiques de la tŽtracycline et de la minocycline 80

Figure 16 : Structure chimique de lՎtazolate 97

Figure 17 : Le mŽcanisme dÕaction des inhibiteurs de PDE de type 4 100

Figure 18 : SchŽma hypothŽtique des diffŽrents sites fonctionnels

au sein du rŽcepteur GABAA 104

Figure 19 : Les sites de liaison des anticorps de capture et de dŽtection dans

le kit ELISA pour la dŽtection de la sAPP! 113

Figure 20 : Le dispositif du test olfactif 121

Figure 21 : Le protocole des habituations dans lÕenceinte du NORT 122

Figure 22 : Les deux couples dÕobjets utilisŽs pour le NORT 123

Figure 23 : Les diffŽrentes Žtapes du Test de NORT 124

Figure 24 : Les appareils dÕElevated Plus Maze et dÕElevated Zero Maze 125

Figure 25 : Le test de prŽfŽrence olfactive 129

Figure 26 : Les tests de prŽfŽrence pour le choix des objets NORT 131

Figure 27 : ƒvolution du taux cŽrŽbral de lÕIL-1" 141

Figure 28 : ƒvolution de lÕÏdme cŽrŽbral 142

Figure 29 : Effet de lՎtazolate sur la tempŽrature rectale 145

Figure 30 : Effet propre dՎtazolate sur lÕactivitŽ locomotrice 146

ABREVIATIONS

A§ §-amylo•de

AAE acides aminŽs excitateurs

AC adŽnylate cyclase

ACE Angiotensin Converting Enzyme

AD maladie dÕAlzheimer

ADAM A Disintegrin And Metalloproteinase

ADN acide dŽsoxyribonuclŽique

ADNc acide dŽsoxyribonuclŽique complŽmentaire

AICD APP intracellular domain

AMPA acide a-amino-3-hydroxy-5-mŽthyl-4-isoxazole propionique

ANOVA analyse de variance

apoE apolipoprotŽine E

ARN acide ribonuclŽique

ARNm ARN messager

ARNt ARN de transfert

AVC accident vasculaire cŽrŽbral

§-APP prŽcurseur du peptide §-amylo•de

BHE barrire hŽmato-encŽphalique

BSA sŽrum albumine bovine

BZD benzodiazŽpine

Ca2+ calcium

AMPc adŽnosine monophosphate cyclique

Caspase cysteinyl aspartate-specific proteinase

Cl- chloride

Cmax concentration maximale

COX cyclo-oxygŽnase

CREB AMPc response element binding

CT-scan Computed Tomography-scan

DA dopamine

DPPH diphenyl-p-picrylhydrazyl

DSC dŽbit sanguin cŽrŽbral

DTI Diffusion tensor imaging

DWI Diffusion-weighted imaging

E-cad CTF1 fragments C-Terminaux de la E-cadhŽrine

ECD domaine extracellulaire

EDTA acide Žthylne diamine tŽtra-acŽtique

EEG ŽlectroencŽphalogramme

EGFR epidermal growth factor receptor

ELISA enzyme-linked immunosorbent assay

eNOS NOS endothŽliale

Eph Žphrines

ERO espces rŽactives d'oxygne

ERK extracellular-signal-regulated kinase

e.s.m. Žcart standard ˆ la moyenne

FDA food and drug administration

GABA acide !-aminobutyrique

GCS Žchelle de coma de Glasgow

GCS-E Žchelle de coma de Glasgow Žtendue

GFAP glial fibrillary acidic protein

GFLD growth factor-like domain

GOS Žchelle de devenir de Glasgow

GPI glyco-phosphatidyl-inositol

HED hŽmatome Žpidural

HD maladie de Huntington

HIC hypertension intracr‰nienne

HSA hŽmorragie sous-arachno•dienne

HSD hŽmatome sous-dural

HSPGs heparan sulfate proteoglycans

lC ischŽmie cŽrŽbrale

IHC immunohistochimie

IH intra-hippocampique

IL interleukine

i.p. intrapŽritonŽale

IRM imagerie par rŽsonance magnŽtique

i.c.v. intracŽrŽbrovŽntriculaire

i.v. intraveineuse

j jour

kDa kilo dalton

KO knock-out

KPI kunitz protease inhibitor

LAD lŽsion axonale diffuse

LCR liquide cŽphalo-rachidien

LTP potentialisation ˆ long terme

LPS lipopolysaccharide

MAO monoamine oxydase

MADM mammalian-disintegrin metalloprotease

MAPK mitogen-activated protein kinase

MINO minocycline

MMP mŽtalloprotŽase de la matrice

MPTP 1 - mŽthyle 4 - phŽnyl 1,2,3,6-tŽtrahydropyridine

mPTPs mitochondrial permeability transition pores

MRS Magnetic resonance spectroscopy

Na+ sodium

nAChR rŽcepteurs nicotiniques de lÕacŽtylcholine

N-cadhŽrine cadhŽrine neuronale

N-cad CTF1 fragments C-Terminaux de la N-cadhŽrine

NCAM neuronal cell adhesion molecule

NF!B nuclear factor kappa B

NK Natural Killer cell

NMDA N-mŽthyl-D-aspartate

NO monoxyde dÕazote

OC Ïdme cŽrŽbral

PAR poly (ADP)-ribose

PARP poly (ADP)-ribose polymŽrase

PBS phosphate-buffered saline

PD la maladie de Parkinson

PDE phosphodiŽsterase

PEG polyŽthylne glycol

per os par voie orale

PGs prostaglandines

PKA protŽine kinase A

PMNs neutrophiles polymorphonuclŽaires

PKC protŽine kinase C

PPC pression de la perfusion cŽrŽbrale

Pro-HB-EGF pro-heparin-binding-epidermal growth factor

Rc rŽcepteur

Rc5HT-4 rŽcepteur ˆ la sŽrotonine 5HT-4

RECK reversion-inducing-cysteine-rich protein with kazal motifs

RLs radicaux libres

s.c. sous-cutanŽ

SCI traumatisme de la mo‘lle Žpinire

SNC systme nerveux central

SNP systme nerveux pŽriphŽrique

SP substance P

SPECT Single Photon Emission Computed Tomography

SSPT syndrome de stress post-traumatique

SVZ zone subventriculaire cŽrŽbrale

t1/2 demi-vie

TAG trouble dÕanxiŽtŽ gŽnŽralisŽe

TBS tris-buffered saline

TC traumatisme cr‰nien

TDM tomodensitomŽtrie

TEP tomographie ˆ Žmission de positron

TGN rŽseau trans-golgien

TIMP tissue inhibitor of metalloproteinase

TIMP tissue inhibitor of metalloproteinase

TK famille de Tachyninines

TNF" facteur de nŽcrose tumorale "

TTBS Tween-TBS

VCAM-1 vascular cell adhesion molecule 1

VE-cadhŽrine cadhŽrine de lÕendothŽlium vasculaire

INTRODUCTION

Le traumatisme cr‰nien (TC) reprŽsente un problme majeur de santŽ publique en raison de sa frŽquence, de la gravitŽ du pronostic vital immŽdiat et de lÕimportance des sŽquelles ˆ moyen et ˆ long terme. En raison de la complexitŽ de sa pathologie, le TC entra”ne de nombreuses lŽsions cŽrŽbrales, focales ou diffuses, pour lesquelles il nÕexiste ˆ ce jour aucun traitement neuroprotecteur. ReprŽsentant une agression cŽrŽbrale induite par une force externe, les sŽquelles du TC regroupent des lŽsions et des dŽficits qui touchent lՎtat de conscience, la mŽmoire, les capacitŽs motrices, voire les sens. La gravitŽ du TC dŽpend de la sŽvŽritŽ immŽdiate des lŽsions primaires mais Žgalement de leur aggravation dans les heures et les jours qui suivent le TC, avec lÕapparition de lŽsions secondaires. La neuro-inflammation constitue lÕune des cascades physiopathologiques jouant un r™le trs important dans lÕaggravation des lŽsions post-traumatiques, dont les lŽsions axonales diffuses (LADs), et son contr™le pharmacologique a ŽtŽ dŽcrit comme une stratŽgie neuroprotectice potentielle.

LÕenvironnement neuro-inflammatoire a ŽtŽ Žgalement associŽ ˆ la diminution post-traumatique du taux dÕun neuroprotecteur endogne, la forme soluble ! du prŽcurseur du peptide " amylo•de (sAPP!). Cette dernire est issue de la protŽolyse du prŽcurseur du peptide " amylo•de ("APP) par les enzymes !-sŽcrŽtases ou ADAMs. Des Žtudes rŽcentes ont rŽvŽlŽ que la sAPP! exerce des effets neuroprotecteurs et neurotrophiques, rŽduit les lŽsions focales et diffuses et amŽliore le dŽficit cognitif et moteur suite ˆ un TC expŽrimental. Au vu de ces donnŽes, ce travail de thse a eu pour but dՎtudier lÕintŽrt thŽrapeutique des composŽs pharmacologiques modulant le taux de sAPP! post-TC sur les consŽquences biochimiques, histopathologiques et fonctionnelles, ˆ court et ˆ long terme, dans un modle de TC par percussion mŽcanique chez la souris. Parmi les diffŽrents composŽs ayant le potentiel de stimuler la production de sAPP!, la minocycline, une tetracycline de 2me gŽnŽration aux effets anti-inflammatoires, et lՎtazolate, une pyrazolopyridine rŽcemment dŽcrite comme activateur des !-sŽcrŽtases, ont ŽtŽ sŽlectionnŽs.

CHAPITRE 1 :LE TRAUMATISME CRANIEN

Le traumatisme cr‰nien (TC) est dŽfini comme une agression cŽrŽbrale induite par une force externe. Les sŽquelles de cette agression prŽsentent lՎventail complet des dŽficiences consŽcutives ˆ des lŽsions du cerveau. Ces dŽficiences peuvent altŽrer un ou plusieurs champs tels que lՎtat de conscience, les capacitŽs motrice et cognitive, la mŽmoire, de faon transitoire ou permanente entra”nant des incapacitŽs partielles ou totales (MathŽ et al., 2005).

1. ASPECTS CLINIQUES ET PHYSIOPATHOLOGIQUES DU TRAUMATISME CRANIEN

1.1. ƒpidŽmiologie et Žtiologie

Le TC demeure encore ˆ lÕheure actuelle lÕune des premires causes de mortalitŽ et de morbiditŽ chez les sujets jeunes en Europe et sur le continent amŽricain et constitue un problme majeur de santŽ publique en raison de sa frŽquence, complexitŽ, et gravitŽ des sŽquelles, ainsi que le cožt onŽreux de soins de santŽ (Boto et al., 2009). Actuellement, les donnŽes ŽpidŽmiologiques concernant le TC sont peu nombreuses et dÕinterprŽtation dŽlicate compte tenu de la gravitŽ de ces atteintes : du traumatisme bŽnin ne rŽvŽlant que dÕune simple consultation mŽdicale, aux patients les plus sŽvres nŽcessitant une prise en charge en rŽanimation. La diversitŽ des dŽfinitions du TC selon les analyses ainsi que les mŽthodes variŽes de collecte des donnŽes selon les pays, font qu'il est difficile de comparer les Žtudes ŽpidŽmiologiques d'un pays ˆ un autre (Abelson-Mitchell, 2008).

En Europe, lÕincidence de TC est environ 235 pour 100 000 sujets hospitalisŽs, avec une moyenne de mortalitŽ dÕenviron 15 pour 100 000 sujets hospitalisŽs. En France, dans la rŽgion Ile-de-France, les sujets jeunes de moins de 42 ans reprŽsentent la moitiŽ des patients de TC grave (Mateo et al., 2010). Selon les donnŽes ŽpidŽmiologiques rŽcemment publiŽes aux Etats-Unis par les Ç Centers for Disease Control and Prevention È, lÕincidence annuelle de TC dans les dŽpartements dÕurgence atteint 403 cas pour 100 000 sujets non hospitalisŽs et 85 cas pour 100 000 sujets hospitalisŽs. La cout financier pour la prise en charge des traumatisŽs cr‰niens a ŽtŽ estimŽe ˆ plus de 60 milliards de dollars en 2012 en Europe (Olesen et al., 2012). Ë lՎchelle mondiale, l'incidence des TC chez lÕhomme est 2 ˆ 3 fois plus importante que chez la femme (Abelson-Mitchell, 2008).

Les causes majeures du TC sont les accidents de la circulation, les chutes et les agressions (Tagliaferri et al., 2006; Abelson-Mitchell, 2008). Chez les enfants de moins de 14 ans ainsi que chez les adultes de plus de 65 ans, la chute reste la cause majeure de TC.

La consommation dÕalcool est Žgalement un facteur important de la survenue de 24 ˆ 51% de TC (Tagliaferri et al., 2006).

Ainsi, l'ensemble des donnŽes ŽpidŽmiologiques rŽvle une grande hŽtŽrogŽnŽitŽ du TC, tant dans sa distribution en fonction de l'‰ge et du sexe que dans ses causes. Ces donnŽes sont essentielles afin d'initier des mesures prŽventives appropriŽes et de planifier la crŽation de services nŽcessaires. Elles montrent Žgalement l'importance de la recherche de cibles thŽrapeutiques potentielles afin de diminuer les taux de mortalitŽ et de morbiditŽ dus ˆ cette pathologie.

1.2. Les lŽsions post-traumatiques

Le traumatisme cr‰nien rŽsulte le plus souvent ˆ un choc au niveau de la bo”te cr‰nienne, ce qui entra”ne des dommages au cerveau, soit directs au point de lÕimpact (lŽsions de coup) soit au c™tŽ opposŽ ˆ lÕimpact, dus ˆ la collision du cerveau contre la paroi osseuse ˆ lÕintŽrieur de la bo”te cr‰nienne (lŽsions de contrecoup).

Les lŽsions post-traumatiques peuvent tre classŽes en fonction du moment de leur apparition (Fig. 1). Les lŽsions primaires rŽsultent directement du choc traumatique et comprennent des lŽsions focales (fractures du cr‰ne, contusions, hŽmatomes, hŽmorragie intracr‰nienne, ..) ainsi que des lŽsions axonales diffuses (LADs). Ces lŽsions primaires vont initier des cascades physiopathologiques, telles que la neuro-inflammation, ce qui va aboutir ˆ la constitution des lŽsions dites secondaires (dommages dus ˆ l'augmentation de la pression intracr‰nienne ou PIC, lÕischŽmie cŽrŽbrale, lÕÏdme et lÕinfection) qui se dŽveloppent dans les heures et les jours qui suivent lÕimpact et se construisent ˆ distance du point de lÕimpact.

Figure 1: SchŽma chronologique des consŽquences aigu‘s et tardives post-TC.

Secondes

Fracture du cr‰ne Contusion HŽmatome/HŽmorragie LŽsions axonales diffuses (LADs)

Heures, jours

HŽmatome/HŽmorragie IschŽmie Ïdme cŽrŽbral

LADs

Semaines, mois,annŽes

HŽmatome tardif Cicatrice gliale

LADs Atrophie cŽrŽbrale VentriculomŽgalie

LŽsions primaires LŽsions secondaires

Cascades physiopathologiques post-TC

(excitotoxicitŽ, neuro-inflammation, stress oxydant)

Dysfonctionnements moteurs, sensoriels, cognitifs, comportementaux,psychologiques

1.2.1. LŽsions primaires

Les lŽsions primaires sont des consŽquences de destructions vasculaires, neuronales, gliales ou axonales consŽcutives aux dŽformations tissulaires encŽphaliques survenant au moment de lÕimpact. Les lŽsions primaires se divisent en fonction de lՎtiologie de TC en deux classes, des lŽsions focales et des lŽsions diffuses.

LŽsions focales

Les lŽsions focales sont dues aux atteintes vasculaires consŽcutives ˆ des processus de dŽformations et du coup/contrecoup (LaPlaca et al., 2007). La gravitŽ de ces lŽsions dŽpend du site dÕimpact, de la vitesse de percussion, de la cause du traumatisme et de la prŽsence ou non dÕune dŽformation du cr‰ne ou dÕune fracture.

Contusion hŽmorragique

Elle se dŽfinit comme Žtant une hŽmorragie veineuse diffuse sur la surface du cerveau. La contusion hŽmorragique survient lorsqu'il y a des impacts directs au niveau du cerveau contre l'os au cours d'une force de dŽcŽlŽration et elle peut induire des lŽsions au niveau des axones et des glies. Les contusions sont frŽquentes dans les lobes frontaux et les lobes temporaux antŽrieurs. Ces contusions peuvent tre placŽes au point de l'impact (coup) ou sur le c™tŽ opposŽ de la tte (contrecoup). Ils impliquent la matire grise superficielle et gŽnŽralement touchent la substance blanche sous-corticale. Elles peuvent provoquer un effet de masse considŽrable (dŽplacement des structures cŽrŽbrales), et par consŽquent augmenter la pression intracr‰nienne (PIC) et provoquer l'engagement du tronc cŽrŽbral. Les contusions cŽrŽbrales sont moins frŽquentes chez les enfants par rapport aux adultes, car le cr‰ne est relativement moins rigide chez les enfants (Cakmakie, 2009).

HŽmatome Žpidural

Les hŽmatomes Žpiduraux (HED) se produisent entre le c™tŽ intŽrieur du cr‰ne et la couche externe de la dure-mre. Les saignements sont plus souvent veineux quÕartŽriels. Ils sont observŽs chez 1-3% des enfants traumatisŽs cr‰niens. Les fractures du cr‰ne sont frŽquemment associŽes aux HED chez lÕadulte plus que chez lÕenfant en raison de la faible rigiditŽ de leur cr‰ne. Lorsque le saignement est veineux, ces hŽmatomes Žvoluent lentement, et la prŽsentation clinique de ces HED aigu‘s chez le jeune enfant peut tre moins dramatique que chez lÕadulte (Cakmakie, 2009).

HŽmatome sous-dural

Les hŽmatomes sous-duraux (HSD) sont des collections de sang situŽes entre la couche intŽrieure de la dure-mre et lÕarachno•de. Elles sont plus frŽquentes chez les

nourrissons et les jeunes enfants que chez les adolescents. Chez les nourrissons, les veines corticales sont plus faciles ˆ dŽchirer, en raison de la faible rigiditŽ du cr‰ne et la souplesse du cerveau sous-jacent. Contrairement aux adultes, o lÕHSD est souvent unilatŽral, il est bilatŽral dans 80 % des cas chez les enfants. En outre, lÕHSD inter-hŽmisphŽrique est plus frŽquent chez les enfants que chez les adultes. Dans le groupe d'‰ge pŽdiatrique, lÕHSD est souvent vaste, avec la participation des rŽgions temporale, frontale et pariŽtale et ceci est dž au manque d'adhŽrence dans l'espace sous-dural (Cakmakie, 2009).

HŽmorragie sous-arachno•dienne

Les hŽmorragies sous-arachno•diennes (HSA) ou mŽningŽes se dŽfinissent par la prŽsence de sang au sein des espaces sous-arachno•diens. Elles sont retrouvŽes dans environ 35% de TC et constituent un facteur de mauvais pronostic (Wardlaw et al., 2002). Elles accompagnent souvent les lŽsions cŽrŽbrales et peuvent sÕaccompagner dÕune hŽmorragie intra-ventriculaire (Cakmakie, 2009).

HŽmorragie intra-ventriculaire

Les hŽmorragies intra-ventriculaires peuvent tre associŽes aux hŽmatomes parenchymateux, aux contusions et aux lŽsions axonales diffuses (LADs). Les LADs impliquant le corps calleux sont souvent associŽes ˆ une hŽmorragie intra-ventriculaire (Cakmakie, 2009).

LŽsions axonales diffuses

Les LADs constituent lÕune des consŽquences principales du TC qui est associŽ ˆ un mauvais pronostic clinique. Les sujets traumatisŽs cr‰niens avec des LADs prŽsentent souvent un coma immŽdiat, qui dure des semaines et parfois des mois aprs le TC (Li & Feng, 2009).

Les LADs se produisent gŽnŽralement lorsque la tte est soumise ˆ des forces de cisaillement ou de violente accŽlŽration et/ou dŽcŽlŽration qui causent un Žtirement, une compression ou une torsion voire une rupture des axones et des vaisseaux. Ces lŽsions Žmergent dans les zones de juxtaposition de tissus de densitŽ diffŽrente, comme au niveau des jonctions qui relie les matires grise et blanche (Li & Feng, 2009). Elles touchent de faon diffuse la substance blanche et le parenchyme cŽrŽbral, s'Žtendant de la jonction cortico-sous-corticale ˆ la partie haute du mŽsencŽphale (corps calleux, capsule interne, rŽgion sous-thalamique, pŽdoncules cŽrŽbraux). Les forces exercŽes par le TC ˆ cr‰ne fermŽ induisent donc, de faon directe ou indirecte une altŽration des axones au niveau des hŽmisphres cŽrŽbraux, le corps calleux et le tronc cŽrŽbral. Cette altŽration peut sՎtendre ˆ un gonflement ou un dŽtachement des axones et une formation des bulbes de rŽtraction

dans la partie proximale des axones (Medana & Esiri, 2003; BŸki & Povlishock, 2006). La partie distale de lÕaxone, dŽconnectŽe du corps neuronal, va ainsi progressivement suivre une dŽgŽnŽrescence WallŽrienne, laissant place ˆ une cicatrice gliale. LÕhypoxie, les lŽsions cŽrŽbrales ischŽmiques, l'Ïdme cŽrŽbral et lÕengagement cŽrŽbral sont souvent des complications secondaires du TC et peuvent tous jouer un r™le dans la progression des LADs.

Plusieurs techniques dÕimagerie sont disponibles pour dŽtecter les lŽsions axonales diffuses le plus t™t possible (Li & Feng, 2009). Parmi elles, l'utilisation du scanner (CT scan, TDM) et d'IRM a considŽrablement amŽliorŽ la dŽtection des LADs. Toutefois, ces techniques sous-estiment l'ampleur des dŽg‰ts axonaux, car la plupart de ces dommages sont microscopiques. En effet, de nombreux patients souffrant de TC graves ont des modifications minimales dŽtectŽes par la TDM ou lÕIRM. Par consŽquent, les rŽcentes enqutes ont cherchŽ ˆ appliquer des techniques d'imagerie de pointe pour la mesure des LADs. Ainsi, la DWI (Diffusion-weighted imaging ou sŽquence pondŽrŽe en diffusion) et la DTI (Diffusion tensor imaging ou imagerie de tenseur de diffusion) sont plus sensibles que lÕIRM pour la dŽtection des LADs. Ë ce jour, la technique de MRS (Magnetic resonance

spectroscopy) prŽsente la meilleure sensibilitŽ pour l'identification des LADs (Li & Feng,

2009).

MalgrŽ l'utilitŽ et la sophistication des techniques d'imagerie, il a ŽtŽ prŽconisŽ de limiter leur utilisation dans la phase aigu‘, en particulier pour les patients nŽcessitant une ventilation et des moniteurs cardiaques. Il est donc intŽressant de rechercher des marqueurs biochimiques spŽcifiques et sensibles pour dŽtecter les lŽsions cŽrŽbrales. Parmi eux, deux biomarqueurs sont trs ŽtudiŽs dans le sŽrum et dans le LCR (Liquide CŽphalo-Rachidien), ˆ savoir la protŽine S-100B et la NSE (neuron-specific enolase). La S-100B est une calciprotŽine de la famille des protŽines de liaison, principalement localisŽe dans les cellules gliales et les cellules de Schwann, avec donc une spŽcificitŽ ŽlevŽe pour la substance blanche. En revanche, la NSE, une enzyme de la glycolyse (enolase), se trouve principalement dans le cytoplasme des neurones et des cellules endocrines diffŽrenciŽes. Les taux de ces deux biomarqueurs sont ŽlevŽs dans le sŽrum et le LCR des patients traumatisŽs cr‰niens. Notamment, chez les patients avec des LADs, les concentrations de ces deux protŽines ont ŽtŽ trouvŽes maximales au 3me jour post-TC.

LÕimmunomarquage du prŽcurseur de protŽine §-amylo•de (§-APP) est la meilleure technique pour dŽmontrer la prŽsence des LADs dans les conditions expŽrimentales et forensiques (mŽdecine lŽgale). Les LADs peuvent tre dŽtectŽes par l'accumulation axonale du §-APP, dans les heures qui suivent le TC chez les rongeurs (Stone et al., 2000) et dans des Žchantillons de cerveau post-mortem des patients traumatisŽs cr‰niens (Gentleman et al., 1993). Par consŽquent, lÕimmunomarquage axonal du §-APP est considŽrŽ comme le

meilleur marqueur des LADs (Gentleman et al., 1993; Stone et al., 2000). Le §-APP est une glycoprotŽine transmembranaire exprimŽe de faon ubiquitaire et synthŽtisŽe dans le cytoplasme des neurones par l'appareil de Golgi (Selkoe et al., 1994). Il se dŽplace le long des axones vers la synapse par un transport antŽrograde axoplasmique rapide et cÕest la raison pour laquelle il sÕaccumule dans les sites o le transport axonal est affectŽ et plus prŽcisŽment, dans les bulbes de rŽtraction des axones endommagŽs (Medana & Esiri, 2003).

1.2.2. LŽsions secondaires

Les lŽsions secondaires rŽsultent de lÕaggravation des lŽsions primaires par des facteurs dÕagression cŽrŽbrale secondaire dÕorigine centrale ou systŽmique

(Fig. 1). Ces lŽsions secondaires se dŽveloppent plus tardivement dans les semaines ou les

mois qui suivent le TC et se conjuguent le plus souvent, entra”nant une ischŽmie cŽrŽbrale. L'hypoxie, l'hypercapnie, l'hypotension artŽrielle, l'hypertension intracr‰nienne, ainsi que certains troubles Žlectrolytiques et mŽtaboliques constituent autant de facteurs qui contribuent au dŽveloppement des lŽsions secondaires. LÕensemble de lŽsions primaires et secondaires peuvent engendrer tardivement une atrophie cŽrŽbrale accompagnŽe dÕune cicatrisation gliale.

L'hypertension intracr‰nienne (HIC) est due ˆ un conflit dÕespace entre la bo”te

cr‰nienne close et son contenu cÕest-ˆ-dire le volume intracr‰nien. Le volume intracr‰nien qui reprŽsente 1000 ˆ 1400 ml chez lÕhomme, peut-tre distribuŽ en trois compartiments : le parenchyme cŽrŽbral (80 %), le LCR (10 ˆ 15 %) et le volume sanguin cŽrŽbral (VSC) (5 ˆ 10 %) (Han & Backous, 2005). La pression intracr‰nienne (PIC), rŽsultant d'un Žtat d'Žquilibre entre ces trois compartiments, est la pression hydrostatique rŽgnant dans le LCR au niveau des ventricules cŽrŽbraux. Les valeurs normales de la PIC sont comprises entre 5 et 15 mmHg chez l'adulte sain au repos. Il est gŽnŽralement admis que des valeurs supŽrieures ˆ 20 mmHg de faon prolongŽe suite ˆ un TC dŽfinissent une HIC. LÕHIC peut rŽsulter de l'augmentation de volume de l'un des trois secteurs de faon isolŽe ou associŽe et de la perte dÕefficacitŽ des mŽcanismes de compensation. De plus, elle dŽpend de lՉge de patient.

LÕHIC est le plus souvent en rapport avec un hŽmatome intracŽrŽbral, un Ïdme cŽrŽbral ou une vasoplŽgie. La corrŽlation entre lÕHIC et le mauvais pronostic des patients est liŽe, d'une part, ˆ la rŽduction de la pression de la perfusion cŽrŽbrale (PPC) par augmentation de la PIC et d'autre part, au risque de dŽplacement des structures. Une HIC non contr™lŽe peut notamment se compliquer dÕengagements cŽrŽbraux (rŽsultant de la compression de structures cŽrŽbrales par dŽplacement) et/ou de lŽsions ischŽmiques parfois

secondairement hŽmorragiques. La souffrance cŽrŽbrale induite est au dŽbut fonctionnelle, liŽe ˆ la compression, et potentiellement rŽversible, mais secondairement peuvent appara”tre des lŽsions ischŽmiques parfois irrŽversibles. Donc, lÕHIC est un problme majeur observŽ chez les patients traumatisŽs cr‰niens graves, associŽe ˆ une mortalitŽ supŽrieure ˆ 90 % et doit donc tre prŽvenue et rapidement traitŽe (Hlatky et al., 2004).

Lorsque les voies d'Žcoulement du LCR sont bloquŽes par du sang (caillot sanguin dans le 4me ventricule) ou par une lŽsion, le LCR ne circule plus correctement et entra”ne une dilatation des ventricules cŽrŽbraux, conduisant ˆ une hydrocŽphalie. Elle se manifeste par une dŽtŽrioration de l'Žtat du patient, ˆ savoir une somnolence, une lenteur du mouvement et de la pensŽ, une tendance ˆ tomber en arrire, une marche ˆ petits pas et une incontinence urinaire. Le diagnostic est confirmŽ par la TDM cŽrŽbrale. Elle peut tre corrigŽe par une ponction lombaire et, dans un second temps, par la pose d'une valve de dŽrivation.

LÕÏdme cŽrŽbral (OC) correspond ˆ lÕaccumulation de fluide et d'Žlectrolytes au

sein du parenchyme cŽrŽbral, associŽ ˆ un Žlargissement volumŽtrique cŽrŽbral (Unterberg et al.,2004). Dans les heures et les jours qui suivent le TC, un Ïdme se dŽveloppe ˆ partir des zones de destruction cellulaire. Il peut tre associŽ ˆ des lŽsions de la barrire hŽmato-encŽphalique (BHE), des hŽmorragies intra-parenchymateuses et des phŽnomnes ischŽmiques. Cet Ïdme cŽrŽbral est globalement classŽ en deux types principaux, lÕÏdme cytotoxique et lÕÏdme vasogŽnique, en fonction de lÕorigine du liquide acquis et du mŽcanisme de sa formation.

L'Ïdme cytotoxique (ou Ïdme cellulaire) est dŽfini comme un gonflement des

composants cellulaires dans le cerveau et surtout au niveau des astrocytes, dž aux perturbations mŽtaboliques, induites par l'hypoxie, l'ischŽmie et le TC (Allain et al., 1987). Au cours de l'Ïdme cytotoxique, la permŽabilitŽ vasculaire reste relativement inchangŽe. Tous les ŽlŽments cellulaires (neurones, cellules gliales et les cellules endothŽliales) prennent du liquide et se gonflent sans contribuer ˆ une augmentation du volume de cerveau. Un simple passage de l'eau et des Žlectrolytes (Na+, K+, ..) du compartiment extracellulaire vers le compartiment intracellulaire, ainsi quÕune diminution des liquides extracellulaires Žquivalente ˆ cette augmentation intracellulaire sont observŽs. La pŽnŽtration exagŽrŽe de l'eau dans les cellules est liŽe ˆ un dysfonctionnement des transports hydro-ioniques membranaires et ˆ l'existence d'un gradient osmotique modifiŽ au profit d'une osmolaritŽ intracellulaire exagŽrŽe. L'Ïdme cytotoxique peut tre visualisŽ de manire qualitative par microscopie Žlectronique en post-mortem. On observe alors un cytoplasme p‰le et rempli d'eau et cet Ïdme se distingue de l'hypertrophie observŽe dans l'astrogliose rŽactive (Bauer et al.,

1999). Il peut tre aussi visualisŽ par la sŽquence dÕIRM qui est sensible au dŽplacement des molŽcules dÕeau (Lescot et al., 2010a).

Alternativement, l'Ïdme vasogŽnique est induit par une rupture de la BHE o les jonctions serrŽes jouent un r™le de filtre dans les conditions physiologiques. En effet, la BHE est localisŽe anatomiquement ˆ lÕinterface entre le sang et le tissu cŽrŽbral, et contr™le les Žchanges entre le sang et le parenchyme cŽrŽbral. Elle est une association complexe et fusionnelle entre les cellules endothŽliales, les pŽricytes, les macrophages pŽrivasculaires, les pieds astrocytaires et la membrane basale (Figure 2). LÕefficacitŽ de cette barrire tient pour lÕessentiel ˆ la particularitŽ des cellules endothŽliales cŽrŽbrales dՐtre jointes par des jonctions serrŽes, rendues Žtanches par la fusion de leurs membranes externes. Le passage des substances au travers de la BHE est principalement de nature transcellulaire, et il est dŽterminŽ par la solubilitŽ lipidique et le poids molŽculaire de ces substances. Les Žchanges entre le parenchyme et la lumire des capillaires passent principalement par des systmes de transport facilitŽ. Le transport transmembranaire de lÕeau est assurŽ par des canaux de la famille des aquaporines (AQPs) (Papadopoulos & Verkman, 2007).

Figure 2 : SchŽma de la composition cellulaire de la BHE (adaptŽ dÕAbott et al., 2010).

LÕorganisation particulire de la BHE est ˆ lÕorigine dÕune rŽgulation trs fine de la permŽabilitŽ aux solutŽs et de la migration cellulaire ˆ travers lÕendothŽlium cŽrŽbral, tandis que son dysfonctionnement est, entre autres, associŽ ˆ la formation de lÕÏdme cŽrŽbral post-traumatique.

Le traumatisme cr‰nien entra”ne une augmentation accrue et anormale de la permŽabilitŽ de la BHE, qui se traduit par une entrŽe passive des protŽines sŽriques dans le compartiment intracŽrŽbral (Hartl et al., 1997). Notamment, une augmentation post-TC de

lÕinterleukine-1! (IL-1!) et de la mŽtalloprotŽase de la matrice -9 (MMP-9) semble jouer un r™le crucial dans lÕouverture de la BHE (Shigemori et al., 2006). Le stress oxydant constitue un autre mŽcanisme qui pourrait jouer un r™le important dans la formation d'un Ïdme cŽrŽbral vasogŽnique via l'activation des MMPs (Haorah et al., 2007). Par consŽquence, cette altŽration des protŽines des jonctions serrŽes aboutit ˆ une augmentation de la permŽabilitŽ de la BHE aux macroconstituants plasmatiques et ˆ la circulation des fluides des espaces intra- aux extra-vasculaires ˆ travers les jonctions serrŽes altŽrŽes (Payen et al., 2003).

Puisque le cerveau est entourŽ et retenu dans la bo”te cr‰nienne close, la capacitŽ du cerveau ˆ assimiler cet Ïdme est limitŽ, ce qui entra”ne une augmentation de la PIC (Bauer et al., 1999). Des expŽriences in vivo qui consiste ˆ injecter en i.v. des colorants comme le bleu Evans qui se fixe ˆ lÕalbumine ou de lÕalbumine radiomarquŽe permettent de dŽmontrer clairement lÕorigine plasmatique de lÕOC vasogŽnique. LՎvolution spontanŽe de lÕÏdme vasogŽnique se fait par sa rŽsorption, dŽbutant vers la fin de la premire semaine post-traumatique. Cet Ïdme est plus frŽquent chez l'homme que lÕÏdme cytotoxique et peut tre diagnostiquŽ par l'IRM.

LÕischŽmie cŽrŽbrale (IC) touche environ 90 % des TC grave (Graham et al., 1989) et constitue lÕun des dommages cŽrŽbraux les plus rencontrŽs suite ˆ un TC. LÕIC se caractŽrise par une chute du dŽbit sanguin cŽrŽbral (DSC). Dans les conditions physiologiques, le DSC est de 50 ˆ 55 ml /100 g/ minute. Lors dÕun TC grave, on observe une chute du DSC jusquՈ 18 ml/ 100 g/ minute dans les 6 premires heures chez un tiers des patients, ce qui conduit ˆ une libŽration excessive des acides aminŽs excitateurs tels que le glutamate et par consŽquence ˆ une mort cellulaire excitotoxique (Bissonnette, 2000). De plus, cette chute de DSC aprs un TC grave est accompagnŽe dÕune diminution de lÕoxygne et du glucose, qui sont des substrats ŽnergŽtiques indispensables pour la viabilitŽ du cerveau. Pendant cette phase prŽcoce d'hypoperfusion cŽrŽbrale, le patient est particulirement exposŽ au risque d'ischŽmie en cas de rŽduction de la PPC par hypotension ou vasoconstriction artŽrielle cŽrŽbrale ainsi qu'en cas d'hypoxie et/ou d'anŽmie.

Ë partir de la 8me heure et ce, jusquՈ 24h aprs le TC, cette chute diminue de faon significative, en corrŽlation avec le dŽficit moteur (Bouma et al., 1991). La persistance d'un DSC bas au-delˆ des premires 24 heures est associŽe ˆ un mauvais pronostic clinique (Kelly et al., 1997). La rŽgion la plus souvent touchŽe par les dommages ischŽmiques est l'hippocampe (McIntosh et al., 1996). L'ischŽmie est plus souvent focale (touchant un territoire dŽterminŽ) que globale (touchant tout l'encŽphale).