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International audience; Intestinal microbiota plays a role in the communication between the gut and the brain and is now identified as a key player of brain pathologies, including neurodegenerative diseases. The causal link between dysbiosis and brain pathologies could be neuroinflammation, which is characterized by the production of inflammatory factors in the brain by the resident macrophages, microglia. Therefore, the microbiota and brain innate immune system are important factors in the etiopathology of neurodegenerative diseases. In this review, we discuss how probiotics could prevent and treat neurodegenerative diseases through their effect on neuroinflammatory pathways.; Le microbiote intestinal est un acteur clé de la communication entre les intestins et le cerveau et pourrait participer à la physiopathologie de plusieurs maladies du système nerveux, dont les maladies neurodégénératives. Les études des liens causaux entre le microbiote et les pathologies du cerveau font apparaître l’importance de la neuro-inflammation, qui se définit par les processus inflammatoires qui se produisent au sein du cerveau. Ainsi, le microbiote et le système immunitaire cérébral jouent un rôle clé dans l’étiopathogénie des maladies neurodégénératives. Dans cette revue, nous discutons du rôle des probiotiques, de leurs effets protecteurs vis-à-vis de la neuroinflammation et de leur impact sur la prévention et le traitement des pathologies neurodégénératives.

Présentation «flash» : projet de recherche (Oxylino) en cours inter-collaboratif du Dr Frédéric Capel; National audience

The brain is highly enriched in docosahexaenoic acid (DHA, n-3 polyunsaturated fatty acid, PUFA) and in arachidonic acid (n-6 PUFA) that are strong immunomodulators. They could be involved in the regulation of neuroinflammation through their conversion into bioactive lipid derivatives. Then, our objective was to define the role of n-3 PUFA derived lipid mediators that have anti-inflammatory and pro-resolutive properties in the regulation of brain inflammation. First, we characterized the impact of dietary n-3 PUFA modulation on brain lipid composition. In a central inflammatory model, n-3 PUFA intake induced 1) an increase in n-3 PUFA-derived lipid mediators, 2) a decrease in n-6 PUFA-derived lipid mediators, and 3) a decrease in inflammation in the hippocampus. Moreover, n-3 PUFA intake during the perinatal period did not affect lipid composition of brain immune microglial cells. Then, we chose a therapeutic approach to demonstrate in vitro in microglial cells that RvD1 derived from DHA, through the binding on its receptor ALX-Fpr2, attenuated inflammation via the regulation of NFκB pathway and microRNA expressions. In vivo, intracerebral injection of RvD1 and DHA reduced inflammation in the hippocampus by different pathways. Thus, the bioactive lipid derivatives from n-3 PUFA could be the mediators by which n-3 PUFA exert their beneficial effects on neuroinflammation, RvD1 playing a crucial role in this regulation., Le cerveau est très riche en acide docosahexaénoique (DHA, acide gras polyinsaturé (AGPI) n-3) et en acide arachidonique (AGPI n-6) qui sont de puissants immunomodulateurs. Ils pourraient être impliqués dans le contrôle de la neuroinflammation via leur conversion en dérivés lipidiques bioactifs. Dans ce contexte, notre objectif était de définir le rôle des médiateurs lipidiques dérivés des AGPI n-3 possédant des propriétés anti-inflammatoires et pro-résolutives dans la régulation de l’inflammation au niveau du cerveau. Nous avons d’abord caractérisé l’impact d’une modulation nutritionnelle en AGPI n-3 sur la composition lipidique cérébrale. Dans un modèle d’inflammation cérébrale, la consommation d’AGPI n-3 induit 1) une augmentation des métabolites lipidiques dérivés des AGPI n-3, 2) une diminution des métabolites lipidiques dérivés des AGPI n-6, et 3) une diminution de l’inflammation dans l’hippocampe. De plus, un apport en AGPI n-3 au cours de la période périnatale n’affecte pas la composition lipidique des cellules immunitaires du cerveau, les cellules microgliales. Ensuite, nous avons choisi une approche thérapeutique afin de démontrer in vitro dans un modèle de cellules microgliales que la RvD1, dérivée du DHA, en se fixant à son récepteur ALX/Fpr2, atténue l’inflammation via la régulation de la voie NFκB et de microARN. In vivo, l’injection i.c.v. de la RvD1 et du DHA atténue l’inflammation dans l’hippocampe par des processus différents. Les dérivés lipidiques bioactifs issus des AGPI n-3 pourraient être les médiateurs par lesquels les AGPI n-3 exercent leur effet bénéfique sur la régulation de l’inflammation au niveau du cerveau, la RvD1 étant fortement impliquée.

The brain innate immune system is mainly composed of microglial cells. Microglia are activated in response to an immune or inflammatory stimuli or a trauma, and then produce pro- and anti-inflammatory factors. These factors drive the innate immune response and can modulate neuronal activity and in fine, learning and memory. Recently, microglia have been shown to play a key role during brain development. Via their phagocytic activity, microglial cells can participate to neuronal networks maturation. Although brain innate immune system defends brain tissue from aggression, chronic activation of microglia can also be deleterious. In the adult brain, chronic production of inflammatory cytokines can contribute to the pathogenesis of neurodegenerative diseases. During development, inflammatory stimuli modifying microglia activity and homeostasis could lead to neuropsychiatric diseases with a neurodevelopmental origin. Understanding how microglia are regulated and how they respond to various stimuli is therefore crucial.Microglia activity is characterized by morphological and dynamic properties of microglia,by its communication with neurons by its polarization into a specific phenotype, and by their phagocytic profile. Few studies have characterized all the morphofunctional properties of microglial cells in vivo. Using a combination of approaches including FACS, immunohistochemistry, confocal microscopy, 3D reconstruction, two-photon microscopy and communication factors assays, it is now possible to better characterize these cells in order to understand their regulation by the environment and the resulting impact (beneficial or deleterious) on neuronal functions. The main goal of this thesis was to study the morphofunctional properties of microglial cells in vivo in two pathophysiological states: a peripheral inflammation induced by a peripheral injection of lipopolysaccharide (LPS) and in an n-3 PUFAs nutritional state. In the first study, we developed tools to investigate microglial morphofunctional plasticity and gained a better understanding of the impact of peripheral inflammation on the activity of these cells in vivo. In the second part of this thesis, we showed for the first time that maternal nutritional status in n-3 PUFAs affect the morphofunctional properties of microglial cells and the establishment of neural circuits during the postnatal development of the pups. Overall, our results provide new insights in the relationship between morphological and functional plasticity of microglial cells in vivo.; Le système de l’immunité innée cérébrale (SIIC) est principalement composé des cellules microgliales. En réponse à des stimuli immuns, inflammatoires ou un trauma neurologique, la microglie s’active et produit des facteurs pro et anti-inflammatoires qui d’une part coordonnent la réponse de l’immunité innée cérébrale et d’autre part modulent l’activité neuronale et, in fine, le comportement. Plus récemment, les cellules microgliales se sont révélées jouer un rôle clé dans le développement cérébral. Ainsi, par leurs activités de phagocytose, elles participent à la maturation des réseaux neuronaux. Si l’activation du SIIC permet de défendre le tissu cérébral des agressions, l’activation prolongée des cellules microgliales a aussi des effets délétères. Ainsi, dans le cerveau adulte, la production soutenue de cytokines inflammatoires contribue au développement de pathologies neurodégénératives. Au cours du développement les stimuli inflammatoires, en perturbant l’activité des cellules microgliales conduisent à une dysfonction de circuits neuronaux qui pourrait être impliquée dans des pathologies neuropsychiatriques à composante neurodéveloppementale. La compréhension de la régulation des cellules microgliales et de leur réponse est donc capitale. L’activité microgliale repose sur ses propriétés morphologique, dynamique et sa communication avec les neurones qui impliquent des profils de synthèse de facteurs (cytokines, chemokines, facteurs de croissance, etc..) et de récepteurs particuliers, la polarisation vers un phénotype pro ou anti-inflammatoire et la phagocytose. Peu d’études ont caractérisé l’ensemble des propriétés morphofonctionnelles des cellules microgliales in vivo. Par la combinaison d’approches de FACS, immunohistochimie, microscopie confocale et reconstruction en 3D, microscopie bi-photonique et dosage des facteurs de communication, il est aujourd’hui possible de mieux caractériser ces cellules afin de comprendre leur régulation par l’environnement et l’impact (bénéfique ou délétère) sur les fonctions neuronales. L’objectif général de cette thèse a été d’étudier les propriétés morphofonctionnelles des cellules microgliales in vivo dans deux situations physiopathologiques, une inflammation induite par l’administration périphérique de lipopolysaccharide (LPS) et une déficience alimentaire en acides gras polyinsaturés (AGPI) de type n-3, connus pour leurs propriétés immunomodulatrices. La première étude nous a permis de développer des outils nécessaires à l’étude de la plasticité morphofonctionnelle de la microglie et d’apporter de nouveaux éléments de compréhension de l’impact d’une inflammation périphérique sur l’activité de ces cellules in vivo. Dans la deuxième partie de cette thèse, nous avons montré pour la première fois que le statut alimentaire maternel en AGPI n-3 influence les propriétés morphofonctionnelles des cellules microgliales au cours du développement post-natal ainsi que l’activité des réseaux neuronaux. De façon générale, nos résultats apportent des éléments de compréhension des relations entre plasticité morphologique et fonctionnelle des cellules microgliales in vivo.

Le système de l’immunité innée cérébrale (SIIC) est principalement composé des cellules microgliales. En réponse à des stimuli immuns, inflammatoires ou un trauma neurologique, la microglie s’active et produit des facteurs pro et anti-inflammatoires qui d’une part coordonnent la réponse de l’immunité innée cérébrale et d’autre part modulent l’activité neuronale et, in fine, le comportement. Plus récemment, les cellules microgliales se sont révélées jouer un rôle clé dans le développement cérébral. Ainsi, par leurs activités de phagocytose, elles participent à la maturation des réseaux neuronaux. Si l’activation du SIIC permet de défendre le tissu cérébral des agressions, l’activation prolongée des cellules microgliales a aussi des effets délétères. Ainsi, dans le cerveau adulte, la production soutenue de cytokines inflammatoires contribue au développement de pathologies neurodégénératives. Au cours du développement les stimuli inflammatoires, en perturbant l’activité des cellules microgliales conduisent à une dysfonction de circuits neuronaux qui pourrait être impliquée dans des pathologies neuropsychiatriques à composante neurodéveloppementale. La compréhension de la régulation des cellules microgliales et de leur réponse est donc capitale. L’activité microgliale repose sur ses propriétés morphologique, dynamique et sa communication avec les neurones qui impliquent des profils de synthèse de facteurs (cytokines, chemokines, facteurs de croissance, etc..) et de récepteurs particuliers, la polarisation vers un phénotype pro ou anti-inflammatoire et la phagocytose. Peu d’études ont caractérisé l’ensemble des propriétés morphofonctionnelles des cellules microgliales in vivo. Par la combinaison d’approches de FACS, immunohistochimie, microscopie confocale et reconstruction en 3D, microscopie bi-photonique et dosage des facteurs de communication, il est aujourd’hui possible de mieux caractériser ces cellules afin de comprendre leur régulation par l’environnement et l’impact (bénéfique ou délétère) sur les fonctions neuronales. L’objectif général de cette thèse a été d’étudier les propriétés morphofonctionnelles des cellules microgliales in vivo dans deux situations physiopathologiques, une inflammation induite par l’administration périphérique de lipopolysaccharide (LPS) et une déficience alimentaire en acides gras polyinsaturés (AGPI) de type n-3, connus pour leurs propriétés immunomodulatrices. La première étude nous a permis de développer des outils nécessaires à l’étude de la plasticité morphofonctionnelle de la microglie et d’apporter de nouveaux éléments de compréhension de l’impact d’une inflammation périphérique sur l’activité de ces cellules in vivo. Dans la deuxième partie de cette thèse, nous avons montré pour la première fois que le statut alimentaire maternel en AGPI n-3 influence les propriétés morphofonctionnelles des cellules microgliales au cours du développement post-natal ainsi que l’activité des réseaux neuronaux. De façon générale, nos résultats apportent des éléments de compréhension des relations entre plasticité morphologique et fonctionnelle des cellules microgliales in vivo., The brain innate immune system is mainly composed of microglial cells. Microglia are activated in response to an immune or inflammatory stimuli or a trauma, and then produce pro- and anti-inflammatory factors. These factors drive the innate immune response and can modulate neuronal activity and in fine, learning and memory. Recently, microglia have been shown to play a key role during brain development. Via their phagocytic activity, microglial cells can participate to neuronal networks maturation. Although brain innate immune system defends brain tissue from aggression, chronic activation of microglia can also be deleterious. In the adult brain, chronic production of inflammatory cytokines can contribute to the pathogenesis of neurodegenerative diseases. During development, inflammatory stimuli modifying microglia activity and homeostasis could lead to neuropsychiatric diseases with a neurodevelopmental origin. Understanding how microglia are regulated and how they respond to various stimuli is therefore crucial.Microglia activity is characterized by morphological and dynamic properties of microglia,by its communication with neurons by its polarization into a specific phenotype, and by their phagocytic profile. Few studies have characterized all the morphofunctional properties of microglial cells in vivo. Using a combination of approaches including FACS, immunohistochemistry, confocal microscopy, 3D reconstruction, two-photon microscopy and communication factors assays, it is now possible to better characterize these cells in order to understand their regulation by the environment and the resulting impact (beneficial or deleterious) on neuronal functions. The main goal of this thesis was to study the morphofunctional properties of microglial cells in vivo in two pathophysiological states: a peripheral inflammation induced by a peripheral injection of lipopolysaccharide (LPS) and in an n-3 PUFAs nutritional state. In the first study, we developed tools to investigate microglial morphofunctional plasticity and gained a better understanding of the impact of peripheral inflammation on the activity of these cells in vivo. In the second part of this thesis, we showed for the first time that maternal nutritional status in n-3 PUFAs affect the morphofunctional properties of microglial cells and the establishment of neural circuits during the postnatal development of the pups. Overall, our results provide new insights in the relationship between morphological and functional plasticity of microglial cells in vivo.