Phénotypage cellulaire et moléculaire des neurones hypothalamiques fœtaux en réponse à la nutrition prénatale

L’objectif du projet est d’étudier l’impact d’une restriction protéique sévère sur le développement fœtal de l’hypothalamus, une structure cérébrale qui joue un rôle clé dans la régulation de l’équilibre nécessaire entre apports et dépense énergétiques, indispensable au maintien d’un poids stable pendant toute la vie d’un être humain. Ce projet se situe dans le contexte de l’étude des origines précoces des maladies de l’adulte, ou DOHAD (Developmental Origins of Health and Adult Diseases) qui est au cœur des préoccupations de notre laboratoire. L’alimentation pendant la grossesse, en agissant sur les étapes précoces du développement fœtal, pourrait influencer de façon durable le fonctionnement cérébral et métabolique de l’organisme. La carence en protéines est une réalité pour de nombreux pays en voie de développement. Dans les pays industrialisés, sous l’influence des recommandations préconisées à juste titre dans les programmes alimentaires, la consommation de viande est en baisse. Cependant la végétalisation importante ou totale de l’alimentation comme lors des régimes végétariens/végétaliens ne permet pas toujours de couvrir les besoins en acides aminés essentiels qui augmentent pendant la grossesse (passant de 50 à 65 g/j). Les protéines végétales sont pauvres en lysine, thréonine et acides aminés soufrés et sont moins bien assimilées par l’organisme. Il est donc important d’évaluer les conséquences d’une carence en protéines pendant la grossesse et de comprendre comment la malnutrition pendant la vie fœtale contribue à la santé et à la maladie plus tard dans la vie. Les recommandations actuelles pour les femmes enceintes concernent essentiellement l’acide folique, le fer et éventuellement d’autres micronutriments, mais très peu voire pas du tout les macronutriments et en particulier les protéines. En utilisant le rat comme modèle, nous visons à déterminer quels processus cellulaires et moléculaires sont affectés par un régime pauvre en protéines, et si les conséquences sont irréversibles ou pas. L’objectif au niveau clinique est de fournir des données fondamentales sur les risques pour le développement du fœtus associés à certains régimes populaires lorsqu’ils sont poursuivis tout au long de la grossesse sans un suivi soutien nutritionnel professionnel. Nous voulons acquérir des données pertinentes sur les stades qui sont importants pour le développement normal du cerveau et sur les conséquences possibles pour le développement de l’enfant.

Nous connaissons déjà les effets d’un régime maternel restreint en protéines à 8% sur le développement de l’hypothalamus ; ils sont multiples mais légers. En utilisant un régime plus restreint à 4%, le but est d’induire des effets plus marqués au niveau cellulaire et moléculaire afin de mieux distinguer et comprendre les effets précis sur les étapes clés du développement, y compris la maturation des différents types de neurones hypothalamiques : Quel type de cellule est le plus vulnérable ? Comment sont-elles connectées les unes aux autres (i.e. le connectome). En outre, nous identifierons la fenêtre temporelle spécifique pendant laquelle la restriction protéique est néfaste pour le développement de l’hypothalamus. Grâce à une analyse au niveau de la cellule unique, une liste complète de gènes impliqués dans la malformation des réseaux neuronaux sera générée et nous aidera à identifier les cibles clés responsables des effets indésirables. Cet ensemble de résultats nous permettra de comprendre exactement comment et quand les noyaux hypothalamiques se forment, et comment cela entraîne des effets persistants avec un régime faible en protéines. À long terme, l’impact est multiple. Notre recherche fournira des données sur les risques pour le développement du fœtus associés à certains régimes populaires pauvres en protéines (c’est-à-dire végétariens ou végétaliens) lorsqu’ils sont poursuivis tout au long de la grossesse sans soutien nutritionnel rigoureux de la part d’un diététicien, et sur les conséquences possibles pour la santé et les maladies ultérieures. Nos résultats serviront à contribuer à l’établissement d’un cadre diététique qui puisse aider les gynécologues, les diététiciens et les femmes pendant la grossesse. Cela contribuera également à réduire les coûts économiques liés aux naissances prématurées, aux retards de développement et aux soins postnatals prolongés en raison de la restriction de croissance intra-utérine.

Les femelles seront soumises à des prélèvements de cellules vaginales exfoliées tous les jours pendant 4 à 7 jours afin de déterminer la période de fécondité et le lendemain de l’accouplement. Ces prélèvements sont indolores, ne durent que quelques secondes et sont pratiqués sur les animaux vigiles. Certaines seront soumises à une injection intraveineuse dans la veine de la queue (5 à 10 secondes environ) au 14ème jour de gestation. Cette injection sera réalisée sous anesthésie générale. Avant la mise à mort, les femelles gestantes anesthésiées seront soumises à un prélèvement intracardiaque de sang (environ 10 secondes).

Nous avons fait le choix de nourrir les femelles avec un régime modérément carencé en protéines (8%) pendant la période préconceptuelle afin d’éviter une altération de la fécondité. Le régime carencé à 4% de protéines, administré pendant la gestation, ne devrait pas provoquer d’inconfort ou de souffrance. Nous avons déjà dans le laboratoire l’expérience de ce type de régime pendant la gestation. Ce régime apporte la même quantité d’énergie que le régime contrôle afin d’éviter des apports énergétiques insuffisants aux femelles gestantes, la carence en protéine étant compensés par une augmentation de la teneur en hydrates de carbone (essentiellement amidon, un peu de sucre). Nous avons montré précédemment que la quantité d’énergie ingérée par les femelles gestantes recevant un régime à 4% de protéines était similaire à celles recevant un régime contrôle. La carence en protéines a pour effet de réduire la croissance fœtale, les poids des fœtus et des placentas étaient réduits de 26% et 35% respectivement, mais étonnament, la taille des portées était légèrement supérieure. Par ailleurs, aucun effet négatif majeur, de type mort pendant la gestation, fausse couche ou malformation fœtale n’a été observé. Le fait de sacrifier les femelles pendant la gestation permet d’éviter des effets possibles comme le cannibalisme au moment de la naissance qui peut survenir en cas de dénutrition maternelle. Par ailleurs, les sacrifices pratiqués au plus tard à G17 surviennent en amont de la phase majeure de croissance fœtale qui a lieu les 3/4 derniers jours de la gestation.

Aucun animal ne sera maintenu en vie à la fin du projet, les femelles seront commandées au fur et à mesure et le nombre prévu sera éventuellement réduit si tous les prélèvement requis ont pu être obtenus avant. S’il n’est pas possible d’obtenir une gestation dans le délai voulu pour certaines femelles, elles seront sacrifiées ou proposées pour d’autres protocoles. Cependant, cette éventualité est très limitée du fait des régimes expérimentaux avec lesquels les femelles auront été nourries.

Le rat est l’espèce utilisée dans notre laboratoire et bien d’autres depuis de nombreuses années pour les protocoles expérimentaux visant à étudier l’influence de la nutrition en période périnatale sur le développement fœtal et postnatal. Nous avons déjà obtenu de nombreux résultats sur cette espèce, qui est appropriée, par sa taille, aux études anatomiques, cellulaires et moléculaires que nous pratiquons. Le projet porte sur l’influence de la nutrition maternelle en période préconceptuelle et gestation sur le neurodéveloppement fœtal. Les animaux commandés au fournisseur seront des femelles vierges de 8 semaines et des mâles reproducteurs. Les analyses porteront sur des organes prélevés post mortem sur des rates gestantes, et des fœtus à différents stades de la gestation. Aucune analyse n’est prévue dans ce projet dans la période post-gestation.