Effets de l’hypertension chronique sur le métabolisme énergétique mitochondrial du cortex cérébral chez les rats normaux et spontanément hypertendus

Contexte

L’hypertension chronique a des conséquences structurelles et fonctionnelles délétères sur les vaisseaux cérébraux et le parenchyme cérébral. L’hypertension altère l’autorégulation vasculaire cérébrale (Ferrari & Villa, 2022), augmentant non seulement le risque de thrombose aiguë et d’accident vasculaire cérébral ischémique lacunaire, mais entraînant également une hypoperfusion cérébrale chronique et une altération du couplage neurovasculaire (Cortes-Canteli & Iadecola, 2020). Des études ont montré que les modèles de rats hypertendus, tels que les rats spontanément hypertendus (SHR), présentent des changements morphologiques et fonctionnels significatifs du cerveau, comme un volume cérébral réduit, des ventricules plus grands, un nombre réduit de neurones (Tajima et al., 1993), et une plus grande susceptibilité à l’ischémie cérébrale (Cipolla et al., 2018).

Source de l’article

Cet article a été rédigé par Roberto Federico Villa, Federica Ferrari et Antonella Gorini, respectivement du Laboratoire de Pharmacologie du Système Nerveux Central et de Médecine Moléculaire du Département de Biologie et Biotechnologie de l’Université de Pavie, et du Département des Sciences du Cerveau et du Comportement de l’Université de Pavie, Italie. L’article a été publié dans le deuxième numéro de 2024 de la revue “Neuromolecular Medicine”.

Processus de recherche et méthodes

Sujets de l’étude et groupes expérimentaux

Les sujets de l’expérience étaient des rats Wistar Kyoto (WKY) et des rats SHR, répartis en groupes de 6, 12 et 18 mois, avec 6 à 9 rats dans chaque groupe expérimental. L’étude a divisé les mitochondries du cortex cérébral en mitochondries non synaptiques (FM) et synaptiques, ces dernières étant subdivisées en mitochondries légères (LM) et lourdes (HM).

Extraction et traitement des mitochondries

1. Étapes d’extraction : Les rats expérimentaux ont été anesthésiés à l’éther à 9h du matin, puis euthanasiés par injection d’une forte dose de carbamate (1,4g/kg de poids corporel). Les tissus cérébraux ont été rapidement refroidis au réfrigérateur et placés dans un milieu de séparation contenant 0,32 M de saccharose, 1,0 mM d’EDTA-K+, 10 mM de Tris-HCl (pH 7,4).
2. Purification des mitochondries : Les mitochondries non synaptiques et synaptiques ont été séparées par centrifugation différentielle, et des particules mitochondriales hautement purifiées ont été obtenues par centrifugation sur gradient de saccharose et de Ficoll.

Détection de l’activité enzymatique

L’activité catalytique de diverses enzymes a été mesurée dans différents types de mitochondries : - Enzymes du cycle TCA : Citrate synthase (CS) et malate déshydrogénase (MDH). - Enzymes de la chaîne de transport d’électrons (ETC) : Complexe I-III (NADH-cytochrome c réductase, CCRT), succinate déshydrogénase (complexe II, SDH) et cytochrome c oxydase (complexe IV, COX). - Enzymes liées au métabolisme du glutamate : Glutamate déshydrogénase (GDH), glutamate-pyruvate transaminase (GPT) et glutamate-oxaloacétate transaminase (GOT).

Analyse statistique des données

Les données expérimentales ont d’abord été soumises au test de Bartlett pour l’homogénéité des variances, puis une analyse de variance (ANOVA) à deux facteurs a été utilisée pour évaluer la significativité des activités enzymatiques entre les différents types de mitochondries et les âges des rats. Les tests post-hoc de Tukey et Dunnett ont été utilisés pour comparer les différences entre les groupes. Les analyses statistiques ont été effectuées à l’aide du logiciel StatPlus.

Résultats de la recherche

Effets du vieillissement physiologique

Au cours du vieillissement physiologique, les différents types de mitochondries ont montré des changements variables dans l’activité enzymatique : - Activité des enzymes du TCA : L’activité de la citrate synthase a diminué avec l’âge dans les FM, a montré une tendance biphasique dans les LM, et a fortement diminué dans les HM ; l’activité de la malate déshydrogénase a augmenté dans les FM et diminué dans les HM. - Activité des enzymes de l’ETC : L’activité du complexe I-III a augmenté dans les FM et diminué dans les HM ; l’activité du complexe II a diminué dans les HM. - Enzymes liées au métabolisme du glutamate : L’activité de la glutamate déshydrogénase est restée relativement stable dans les FM, mais a diminué dans les LM et HM à 12 et 18 mois.

Effets de l’hypertension chronique sur le vieillissement

L’hypertension a eu des effets variables sur l’activité enzymatique mitochondriale chez les rats de différents âges : - 6 mois : - L’activité des enzymes du TCA est restée relativement inchangée. - L’activité des enzymes de l’ETC a montré un découplage métabolique complexe, avec une diminution de l’activité du complexe I-III dans les FM, une diminution de l’activité du complexe II dans les HM, et une augmentation de l’activité du complexe IV. - L’activité de la glutamate déshydrogénase a augmenté dans les FM et LM, et l’activité de la glutamate-oxaloacétate transaminase a augmenté dans les LM. - 12 mois : - L’activité des enzymes du TCA et des enzymes liées au métabolisme du glutamate a globalement augmenté, en particulier dans les HM. - L’activité des enzymes de l’ETC s’est stabilisée, indiquant une adaptation efficace à 12 mois. - 18 mois : - L’activité métabolique a nettement diminué dans tous les types de mitochondries, soulignant l’importance critique de l’âge de 18 mois sur le métabolisme des SHR, avec une diminution significative de l’activité enzymatique dans les FM et LM.

Discussion et conclusion

L’étude montre que les HM sont le type de mitochondries le plus sensible au vieillissement et à l’hypertension. Cette approche d’étude séparant différents types de mitochondries révèle les mécanismes spécifiques par lesquels l’hypertension affecte le métabolisme énergétique cérébral à différents stades, en particulier la diminution de l’activité de toutes les voies métaboliques à 18 mois. Ce processus d’adaptation métabolique dynamique pourrait ouvrir de nouvelles perspectives pour la recherche de stratégies d’intervention pharmacologique dans les comorbidités liées à l’âge et à l’hypertension. L’étude suggère également que la régulation de la fonction mitochondriale pourrait être une cible potentielle pour le traitement des maladies cérébrales liées à l’âge.

Cette analyse approfondie fournit non seulement un support théorique pour la recherche fondamentale sur l’hypertension et les maladies liées à l’âge, mais offre également de nouvelles perspectives et méthodes pour la conception de traitements cliniques.