Rôle des tanycytes de l’éminence médiane dans le transport de la leptine de la périphérie vers l’hypothalamus

Résumé
    Le noyau arqué hypothalamique (ARH) est un composant majeur des circuits neuronaux qui régulent la balance énergétique. Cependant les mécanismes d’entrée des hormones périphériques dans l’ARH sont peu connus. L’ARH est adjacent à l’éminence médiane (ME), où des cellules épendymales hautement spécialisées appelées tanycytes sont présentes. Les corps cellulaires des tanycytes bordent le troisième ventricule et leurs prolongements basaux contactent le plexus de capillaires fenêtrés de la ME. Récemment, il a été proposé que les tanycytes joueraient un rôle dans la régulation de la barrière sang-hypothalamus métabolique. Leur localisation privilégiée à l’interface entre le sang et le cerveau suggère que ces cellules pourraient être la cible directe de nombreux signaux hormonaux périphériques, incluant l’hormone adipocytaire qu’est la leptine. La compréhension des mécanismes régissant le transport de la leptine est fondamentale car cela apporterait de nouvelles pistes pour la détermination des mécanismes cellulaires impliqués dans la résistance à la leptine accompagnant l’obésité.
Le but de ce travail de thèse était de déterminer si les tanycytes de la ME pouvaient être responsable du transport de la leptine vers l’hypothalamus et dans ce cas, si ils pouvaient être impliqués dans les mécanismes de résistance à la leptine associée à l’obésité.
Dans un premier temps, nous avons étudié le transport de la leptine vers l’hypothalamus à travers diverses approches. Les expériences de western-blots ont révélé que la leptine injectée en périphérie est retrouvée de manière séquentielle dans la ME puis dans le MBH, de plus le délai d’activation du récepteur à la leptine suit la même séquence. Par ailleurs, nous avons observé que la leptine s’accumule dans la ME n’atteignant pas l’hypothalamus chez les souris obèses (modèles db/db et DIO) qui ont perdu la capacité à activer le récepteur à la leptine. L’utilisation de leptine fluorescente a permis de démontrer que la leptine est internalisée de manière polarisée dans les tanycytes de la ME, l’internalisation a lieu au niveau des prolongements qui contactent les capillaires fenêtrés puis la leptine est transportée vers le pôle apical. De plus, nous avons démontré par immunohistochimie que ces tanycytes constituent le premier type cellulaire de la ME à répondre à une injection prériphérique de leptine par l’activation de P-STAT3. L’administration d’un antagoniste de la leptine a permis de mettre en évidence que l’internalisation de la leptine dans les tanycytes est dépendante de l’activation du récepteur à la leptine.
L’utilisation  d’un modèle in vitro, les cultures primaires de tanycytes, constitue un outil permettant l’étude détaillée des mécanismes responsables du transport de la leptine. Les expériences menées sur ces cultures ont confirmé les résultats obtenus in vivo et montrent que la libération de la leptine par les tanycytes, étape du transport qui est bloquée chez les souris obèses, est sous la dépendance de l’activation de la voie de signalisation X. L’utilisation d’un agent pharmacologique capable d’activer la voie de signalisation X dans les tanycytes permet de restaurer le transport de la leptine de la ME vers le MBH chez les souris obèses.
En définitive, ces résultats apportent d’importantes informations sur la compréhension du transport central de la leptine et pourraient aider à expliquer les mécanismes responsables de la résistance à la leptine associée à l’obésité.

Mots clés: Tanycytes, leptine, hypothalamus, résistance centrale à la leptine, obésité

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Abstract
The arcuate nucleus of the hypothalamus (ARH) is a critical component of the neural circuits that regulate energy balance. However, little is known about how peripheral signals reach the ARH to mediate their central effects. The ARH is adjacent to the median eminence (ME), where highly specialized ependymal cells called tanycytes are found. The cell bodies of tanycytes are lining the floor of the third ventricle and their end-feet are contacting the rich capillary plexus with fenestrated endothelium of the ME. Tanycytes have recently been proposed to play a role in blood-hypothalamus barrier regulation. Their privileged location at the interface between the blood and the brain suggests that these cells might be direct target for a variety of peripheral signals, including the adipocyte-derived hormone leptin. The understanding of leptin transport mechanisms is fundamental as it may provide new insights into cellular processes involved in leptin resistance linked to obesity.
The aim of this work was to determine wether tanycytes of the median eminence could be responsible for leptin entry in the hypothalamus and in this case if they could be involved in the mechanisms responsible for obesity-associated leptin resistance.
We first investigated leptin uptake into the hypothalamus through several approaches in vivo. Western-blot experiments revealed that peripherally injected leptin is sequentially found in ME and later in MBH, moreover the timing of the leptin receptor activation appears to follow the same sequence. In contrast, we observed that leptin failed to reach the hypothalamus and was seen to accumulate in the ME in obese mice (db/db and DIO models) that has lost the capacity of activating LepRb signaling pathways in the ME. The use of fluorescent leptin demonstrated that leptin is internalized in ME tanycytes in a polarized manner, leptin is uptaken at the level of the basal processes contacting fenestrated capillaries and transported toward the apical pole. In addition, we showed that these tanycytes are the first cell type in the median eminence to respond to peripheral leptin injection through the activation of P-STAT3 detected by immunohistochemistry. The use of a leptin antagonist showed the dependence of leptin receptor(s) activation for leptin internalization in tanycytes.
Then, the use of tanycyte primary cultures as an in vitro model system allowed us to study leptin transport mechanisms more in detail. Experiments performed on cultured tanycytes confirmed our in vivo findings and showed that the release of leptin from tanycytes, which is blocked in obese mice, depends on the activation of the X signaling pathway. The use of a pharmacological compound able to activate the X signaling pathway in tanycytes can rescue leptin transport from ME to MBH in obese mice.
Altogether this data may provide valuable information in the understanding of central leptin transport and may help to explain mechanism underlying obesity-associated leptin resistance.
Key words: Tanycytes, leptine, hypothalamus, central leptin resistance, obesity  

Présentée le 17 Décembre 2012

Laboratoire où a été préparée la thèse :
Equipe Inserm « Développement et Plasticité du Cerveau Postnatal », Centre de Recherche Jean-Pierre Aubert, U837, Lille.

Directeurs de thèse : Vincent Prévot & Marc Baroncini