Système endocrinien

Trois mois et demi seul en cage, sans congénère, pour enregistrer des rythmes individuels. 128 souris et rats roussards vont être utilisés dans des procédures d'un niveau de souffrance modéré, le porteur reconnaissant un stress d'isolement d'intensité modérée chez des rongeurs grégaires. À l'issue de cet hébergement, chaque animal subit un prélèvement de sang puis une chirurgie terminale sans réveil, pour mesurer hormones plasmatiques et activation neuronale après supplémentation en tryptophane ou en nicotinamide. Le porteur retient la souris comme modèle nocturne et le rat roussard comme modèle diurne, qualifiant la première de "modèle incontournable" en recherche animale du fait des lignées transgéniques disponibles.

Objectifs

Le tryptophane est un acide aminé essentiel, qui doit être apporté par l’alimentation. C’est un précurseur de nombreuses molécules dont la nicotinamide (NAM), l'une des deux formes de la vitamine B3, ainsi que de neurotransmetteurs comme la sérotonine. Les rythmes circadiens, comme le cycle veille-sommeil ou le cycle alimentation-jeûne, sont contrôlés par des horloges internes dont la principale est localisée à la base du cerveau. Par ailleurs, la sérotonine est un puissant modulateur de la mise à l'heure par la lumière ambiante de l’horloge principale dans le cerveau. Dans ce projet de recherche, nous proposons d’étudier in vivo l’impact d’une supplémentation nutritionnelle 1) en NAM et 2) en tryptophane sur le cycle veille/sommeil, la synchronisation à la lumière et la rythmicité circadienne de la prise alimentaire et du métabolisme. Les expériences seront basées sur la comparaison des effets chez un modèle animal nocturne, la souris et ceux chez un modèle animal diurne, le rat roussard (Arvicanthis).

Bénéfices attendus

Les bénéfices attendus sont tout d’abord une meilleure compréhension de la modulation de la rythmicité circadienne par les facteurs nutritionnels chez des modèles animaux diurnes et nocturnes. Ensuite, si notre hypothèse 2 est validée par des effets positifs de la supplémentation en NAM et tryptophane sur l’amplitude des rythmes circadiens dans notre modèle animal diurne, cela permettra de développer des stratégies d’intervention nutritionnelle pour limiter ou contrecarrer la désynchronisation circadienne et ses effets néfastes sur la santé métabolique. Dans une perspective biomédiacle, la supplémentation alimentaire en NAM ou en tryptophane pourrait ensuite conduire à des traitements nutritionnels chronomodulés pour restaurer une organisation temporelle de forte amplitude chez les personnes âgées et les patients désynchronisés, par exemple, à cause de pathologies ou d’exposition chronique au travail en horaires décalés.

Procédures

Les animaux seront hébergés en cages individuelles pendant 3.5 mois pour mesurer des paramètres métaboliques et circadiens individuels puis soumis à un prélèvement de sang et une chirurgie terminale sans réveil tous deux étant réalisés sur animal anesthésié et analgésié.

Impact sur les animaux

Les animaux seront hébergés en cages individuelles pour enregistrer des variables rythmiques individuelles, ce qui pourra créer un stress d'isolement d'intensité modérée.

Devenir

La mise à mort de tous les animaux est nécessaire déterminer pour les changements plasmatiques des hormones et des métabolites circulants ainsi que l’activation des neurones dans l’hypothalamus en réponse à l'exposition aux deux molécules testées.

Remplacement

La régulation des cycles journaliers de la prise alimentaire et du métabolisme et la détection de la lumière impliquant plusieurs organes à la fois (notamment, rétine, cerveau, foie, pancréas, surrénales, muscles), l’investigation des interactions entre horloges circadiennes et nutrition nécessite l’utilisation de modèles animaux. Ainsi est-il impossible de réaliser ces études sur des organes isolés ou des cultures cellulaires in vitro.

Réduction

Pour les tests in vivo circadiens et métaboliques, le nombre d’animaux proposé (n=8 par condition) est basé sur une évaluation de la puissance statistique qui prend en compte les moyennes et la dispersion des données comportementales recueillies dans des études antérieures. Notre suivi systématiquement longitudinal des animaux pour l’actimétrie et la calorimétrie réduit significativement le nombre d’individus utilisés.

Raffinement

Après 1 semaine de stabulation en cages collectives (n=4/cage), les souris seront ensuite maintenues en cages individuelles pour enregistrer des variables individuelles, circadiennes et métaboliques. Les arvicanthis mâles étant très territoriaux, les mâles sont hébergés dès le sevrage en cage individuelle. Pour limiter ce stress d'isolement chez les rongeurs qui sont des animaux grégaires, un barreau de bois à ronger, du matériel de coton et/ou de la frisure pour faire un nid constitueront un environnement enrichi. Tout au long de la procédure nous ferons un suivi de l'état général de l'animal à l'aide d'une grille de score et nous avons établi des points limites permettant de soustraire l'animal à la souffrance.

Choix des espèces

Pour mieux comprendre les mécanismes mis en jeu, notre projet repose sur l’analyse comparative des réponses comportementales, physiologiques et neuronales entre un modèle animal nocturne et un modèle animal diurne. La souris de laboratoire Mus musculus est une espèce nocturne devenue un modèle classique en nutrition et en chronobiologie. C’est aussi un modèle incontournable en recherche animale par l’existence de nombreuses lignées transgéniques (y compris celles porteuses de mutations, celles avec gènes invalidés, ou avec gènes-rapporteurs). Une fois ce projet achevé, nous envisageons de rechercher les mécanismes moléculaires mis en jeu, en étudiant des souris transgéniques exposées aux mêmes procédures expérimentales. Les rongeurs diurnes tels que le Rat roussard sont des modèles expérimentaux appropriés pour la recherche biomédicale. Leur utilisation dans le projet présent est pertinente pour comprendre les différences de réponses entre espèces nocturnes et diurnes. C’est pourquoi les mêmes expériences seront faites en parallèle chez le Rat roussard, espèce diurne, et la souris nocturne. Jeunes adultes (2 mois) pour étudier un système circadien et un métabolisme matures et non-sénescents.

Jeûnes répétés jusqu'à douze heures, six tests de tolérance au glucose de deux heures et demie, 72 à 120 heures enfermés seuls en cage de calorimétrie : 600 souris et 300 rats vont subir ce protocole dans des procédures d'un niveau de souffrance modérée, tous tués ensuite pour prélèvement d'organes. Les animaux sont d'abord rendus obèses par un régime hypercalorique prolongé, puis reçoivent des molécules par gavage, par injection intrapéritonéale, sous-cutanée, intraveineuse ou intradermique. Le porteur ramène l'effet de la surcharge pondérale à un "léger inconfort" pour la mobilité en cage. Le laboratoire est un organisme de recherche contractuelle qui teste ici les molécules de ses clients, et le résumé ne nomme ni les composés ni le nombre de prélèvements sanguins prévus.

Objectifs

Le surpoids est défini comme une accumulation excessive de masse grasse dans l’organisme. L’obésité est une maladie chronique complexe définie comme une accumulation excessive de masse grasse pouvant altérer l’état de santé d’un individu. Actuellement, 2,5 milliards de personnes dans le monde sont atteintes de surpoids, dont plus de 800 millions sont obèses (OMS, 2022). La prévalence du surpoids ne cesse de croître depuis les dernières décennies et l’un des facteurs prépondérants de cette évolution est la surconsommation de régimes déséquilibrés, riches en graisses et en sucres. L’obésité s’accompagne d’une inflammation systémique constante et d’intensité faible voire modérée, dite de bas-bruit. Cet état inflammatoire chronique contribue à développer d’autres maladies, telles que le diabète, la stéatose hépatique et bien d’autres, et cause ainsi quelques millions de morts chaque année. Dans ce contexte, l’importance de contenir ce statut inflammatoire et surtout, de stimuler sa résolution, est capitale. L’administration prolongée de régime hypercalorique chez le rongeur est l’un des moyens les plus simples et les plus couramment utilisés pour modéliser le surpoids et l’obésité chez l’animal. En faisant varier la durée du régime ainsi que sa valeur calorique, ce modèle permettra de collecter et d’étayer des données cruciales sur les mécanismes inflammatoires cellulaires et moléculaires impliqués. Le premier objectif consiste donc à détenir au sein de notre laboratoire le modèle de surpoids/obésité induit par un régime hypercalorique. Notre laboratoire étant un organisme de recherche contractuelle, notre activité consiste à étudier le potentiel résolutif de molécules candidates dans différents contextes inflammatoires, ici dans l’obésité. Ainsi, l’objectif final de ce projet est de tester l’administration conjointe de molécules candidates dans la résolution de l’inflammation induite par le surpoids ; et ainsi contribuer à terme à réduire voire supprimer l’impact délétère de l’obésité à tous les niveaux ; humains, sociaux, sociétaux et économiques. De plus, l'ajout d'une méthode d’analyse métabolique nécessite une modification du projet initial autorisé sans ajout d’animaux, faite dans un 2eme EU. Le projet devient multisite : Cette APAFIS est une modification d’un projet autorisé, qui, par l’ajout d’un établissement utilisateur (EU), devient multisite (EU 2/2 et EU 1/2).

Bénéfices attendus

Le modèle animal utilisé dans cette étude, largement décrit dans la littérature, est pertinent pour évaluer de nouveaux candidats médicaments dans le traitement des altérations induites par le surpoids/obésité. Plusieurs voies d’administration des molécules seront employées afin de couvrir au mieux les possibilités d’amélioration des symptômes inflammatoires du modèle. Le bénéfice global de ce projet réside dans l'objectif d’optimisation de la formulation et de l’efficacité de médicaments candidats pour réduire les altérations multiples dues au surpoids et à l’obésité.

Procédures

Dans le cadre de ce projet, les animaux pourront être soumis à : 1. 1 à 6 cessions de jeûne d’une durée de 2h à 12h sur la période diurne ou nocturne, espacées d’une semaine minimum. (EU 1/2) 2. Au maximum, 6 tests de tolérance au glucose et/ou à l’insuline (durée 2h30 environ) (EU 1/2) 3. Des mesures de composition corporelle, l’acquisition dure au maximum 2 minutes et cette mesure sera effectuée 1 à 5 fois au cours du protocole. (EU 2/2) 4. Des expériences de calorimétrie : les souris seront isolées en cage individuelles entre 72h et 120h. Chaque animal sera soumis une seule fois à ce genre de procédure. (EU 2/2) 5. Des administrations répétées du composé-client selon les modalités suivantes : Les modes d’administration possibles incluent l’alimentation, l’eau de boisson, le gavage, les injections intrapéritonéales, sous-cutanées, intravasculaires, intradermiques. Les modes d’administration considérés comme nuisibles incluent tous les modes d’injection. Ils dureront moins d’une minute par animal (saisie de l’animal, pesée de l’animal pour adapter la dose, puis administration de la substance). (EU 1/2) 6. Un prélèvement sanguin unique ou répété, précédé ou non d’un jeûne de 2 à 6h, suivi d’une semaine de récupération minimum sur souris vigile ou anesthésiée et sur rats anesthésiés, selon le volume prélevé. La durée d’un prélèvement sera de l’ordre d’une minute par animal; (EU 1/2).

Impact sur les animaux

Les trois principales nuisances attendues concernent la surcharge pondérale des animaux, la réalisation de prélèvements sanguins répétés sur la durée du protocole expérimental, l’administration répétée des molécules- clients à tester. Les modes d’administration considérés comme nuisibles incluent tous les types d’injection (intrapéritonéale, sous-cutanée, gavage, intradermique, intravasculaire). La surcharge pondérale pourra induire un léger inconfort chez les animaux, en comparaison avec des souris de poids normal, notamment pour leur mobilité au sein de la cage.

Devenir

Tous les animaux de la procédure seront mis à mort à l'issue des procédures afin de pouvoir procéder aux prélèvements d'organes et à la caractérisation du statut inflammatoire et métabolique terminal.

Remplacement

Lorsque ce sera possible, les composés de nos clients seront évalués sur culture cellulaire ou organe isolé en remplacement ou en complément des tests animaux afin de remplacer le nombre d'animaux impliqués dans ce protocole. Cependant, le remplacement complet de l'expérimentation animale par des essais in vitro n'est pas envisageable pour une étude portant sur le surpoids. Les modèles vitro ne permettent pas de réunir toute la complexité des interactions moléculaires et cellulaires de la physiopathologie d'un animal entier. De plus, les étapes de validation d'une molécule thérapeutique nécessite qu'elle soit testée chez l'animal avant de pouvoir passer à l'étape de validation suivante : l'Homme.

Réduction

La problématique de ce projet faisant intervenir la régulation métabolique et inflammatoire sur du moyen/long terme (semaines, mois), induit intrinsèquement une variabilité interindividuelle, qui nécessite d’être contrecarrée par la taille de nos groupes (n=12 souris / groupe expérimentaux). Le nombre de rats et de souris nécessaires a été défini ainsi pour pallier la diminution de la robustesse statistique lors de comparaisons multiples, en particulier sur des protocoles de plus courte durée. Nous avons également estimé cette nécessité sur la base d’estimations statistiques. D’autre part, si plusieurs prélèvements sanguins sont à réaliser, nous les réaliserions sur des animaux dédiés (6 et 6 au sein d’un même groupe) afin de respecter les volumes, les délais de récupération et limiter le nombre de gestes invasifs sur un même animal. Enfin, nous utiliserons en priorité (sauf exigence spécifique de la part de nos clients) des lignées consanguines, qui présentent un génotype contrôlé, ce qui réduit significativement la variabilité interindividuelle, et par conséquent, le nombre d'animaux nécessaires à l'étude. C’est la conjonction de tous ces éléments qui nous a conduit à considérer des groupes de 12 animaux maximum.

Raffinement

Les souris et les rats seront hébergés en unités ventilées. Un cycle jour/nuit de 12h/12h est assuré de façon automatique et la température est maintenue constante à 22°C. Leur environnement sera enrichi (igloo, carré de coton et buchette de manière systématique et quelle que soit la durée du protocole. Une boule en bois et/ou tunnel pourront être ajoutés, en concertation avec le souhait du client afin de leur permettre de se distraire, d’éveiller leur curiosité et de réaliser un peu d’activité physique. Les animaux seront vus quotidiennement. En cas de signe de mal-être (défini dans la procédure), un suivi renforcé sera mis en place : l’animal sera pesé et des soins adaptés à son cas seront mis en œuvre. L’atteinte d’un point limite critique conduira à l’euthanasie de l’animal. Le transport des souris entre les établissements se fera avec une société spécialisé, et se déroulera selon les mesures de raffinement suivantes: Personnel qualifié aux bonnes pratiques de manutention animale et de transport inter-établissements seront mobilisés.Distance du trajet maîtrisée : le transport couvrira une distance d’environ 9 km entre les établissements, ce trajet étant court pour minimiser le stress et la fatigue liés au déplacement.Conditions de transport optimisées : caisses homologuées dotées d’un environnement stable — aérées, obscurité partielle, température contrôlée. Enrichissement et confort : maintien des repères olfactifs grâce à une litière propre et du matériel de nidification issu de leur cage d’origine. Hydratation adaptée : dispositif d’accès à l’eau valide pour le transport (gel hydratant) pour éviter le jeûne prolongé. Minimisation de la durée : en plus d’une courte distance, le trajet sera rendu le plus rapide possible, y compris au niveau de la planification logistique (horaires, conditions de circulation). Suivi avant/après transport : observation systématique de l’état des animaux au départ et à l’arrivée pour détecter tout signe de désordre physiologique ou comportemental.

Choix des espèces

L'utilisation de rats et de souris se justifie, d'une part, par leur proximité avec l'Homme (mammifères). En effet, l'homologie entre les rongeurs et l'Homme facilite considérablement les procédés de modélisation des pathologies humaines et par conséquent, les interprétations qui en découlent. D'autre part, les performances de reproduction des rats et souris permet d'obtenir des effectifs exploitables en termes d'analyses statistiques, dans un délai relativement court et donc compatibles avec nos contraintes de production. Enfin, l'utilisation de rats et de souris comme modèle de surpoids/obésité est très largement documentée dans la littérature scientifique. Les animaux seront utilisés à l'âge adulte (à partir de 7 semaines), car toutes leurs fonctions biologiques sont alors matures. L'âge des animaux pourra exceptionnellement être inférieur à 7 semaines, si le client souhaite étudier les conséquences du surpoids/obésité juvénile sur l'âge adulte. Dans ce cas, le régime hypercalorique pourra débuter au plus tôt à l'âge de 3 semaines.

Élevées vingt-huit jours dans une eau dont la teneur en oxygène est abaissée à 60 % de la normale, des truites arc-en-ciel de 30 grammes sont pêchées par lots à six, douze, vingt-quatre, quarante-huit et soixante-douze heures, puis à quatorze et vingt-huit jours, anesthésiées et tuées pour prélever branchies, cerveau, foie, intestin et muscles. 270 poissons vont être utilisés dans des procédures d'un niveau de souffrance modéré. Le porteur attend une léthargie passagère et affirme que le taux d'oxygène restera dans des normes comparables à celles d'un élevage de production à forte densité. Les 174 truites qui ne sont pas prélevées retournent dans le circuit d'élevage traditionnel, donc vers la filière alimentaire.

Objectifs

La croissance démographique mondiale, qui devrait porter la population à 9,7 milliards d’habitants d’ici 2050, pose un défi majeur pour garantir un approvisionnement alimentaire durable. L'aquaculture, qui fournit déjà 56% des poissons consommés dans le monde, jouera très certainement un rôle clé dans la réponse à ce défi. Cependant, le changement climatique menace la durabilité de ce secteur, confronté à des phénomènes tels que la hausse des températures, l’acidification et la baisse d’oxygène (appelée hypoxie) des milieux d’élevage. Dans ce contexte, il s'avère essentiel de mieux comprendre comment les poissons réagissent à ces situations de stress. Notre projet s’intéresse à un mécanisme naturel que possèdent les cellules des poissons pour faire face à des conditions défavorables, notamment quand il y a peu d’oxygène dans l’eau. Ce mécanisme, appelé « autophagie médiée par les chaperonnes », aide les cellules à se protéger et à fonctionner correctement. En étudiant ce processus chez la truite arc-en-ciel (le poisson le plus élevé en France), nous espérons mieux comprendre comment elle réagit au manque d’oxygène, quels organes sont les plus sensibles, et si ce mécanisme peut être renforcé. Ces connaissances pourraient ensuite aider à adapter les pratiques d’élevage (alimentation, sélection des poissons, gestion des bassins) pour rendre les poissons plus résistants aux variations de leur environnement. En résumé, ce projet vise à améliorer la santé et la robustesse des poissons d’élevage pour assurer une production durable, dans un monde où le climat change rapidement.

Bénéfices attendus

Les baisses brusques et temporaires du niveau d’oxygène dans l’eau sont difficiles à éviter et peuvent entraîner des épisodes de mortalité massive dans les élevages, un phénomène qui risque de s’intensifier avec la hausse des températures extrêmes induites par le changement climatique. Contraints par leur environnement d’élevage, les poissons n’ont aucune possibilité d’échapper à ces conditions défavorables, ce qui compromet à la fois leur bien-être et leur croissance. Dans ce contexte, il s'avère essentiel de mieux comprendre comment les poissons réagissent à ces situations de stress, afin de développer de nouvelles stratégies d’élevage permettant d’accroitre la robustesse des animaux et garantir une production stable et plus prévisible. Notre projet s’intéresse à un mécanisme naturel que possèdent les cellules des poissons pour faire face à des conditions défavorables, notamment quand il y a peu d’oxygène dans l’eau. Ce mécanisme, appelé « autophagie médiée par les chaperonnes », aide les cellules à se protéger et à fonctionner correctement. En étudiant ce processus chez la truite arc-en-ciel (le poisson le plus élevé en France), nous espérons mieux comprendre comment elle réagit au manque d’oxygène, quels organes sont les plus sensibles, et si ce mécanisme peut être renforcé. Ces connaissances pourraient ensuite aider à adapter les pratiques d’élevage (alimentation, sélection des poissons, gestion des bassins) pour rendre les poissons plus résistants aux variations de leur environnement. En comprenant mieux les capacités naturelles d’adaptation des poissons, ce projet pourrait ouvrir la voie à des méthodes d’élevage plus efficaces et durables, mieux adaptées aux défis climatiques de demain.

Procédures

Les truites de 30 g seront soumises à deux conditions expérimentales distinctes : (i) Une condition standard avec un niveau d’oxygène dissous couvrant les besoins physiologiques des truites et (ii) une condition test dans laquelle la teneur en oxygène sera réduite à 60 % de la condition standard. L’expérimentation se déroulera en deux phases : Lors de la première expérience, les poissons seront élevés pendant 28 jours dans l’une des deux conditions mentionnées. Chaque condition sera testée dans trois bassins indépendants, contenant chacun 60 truites, soit un total de 360 poissons. Les paramètres de survie et de croissance seront suivis tout au long de l’expérience. Pour évaluer la réponse à court et long terme à l’hypoxie, des échantillonnages seront réalisés à différents temps (6, 12, 24, 48 et 72 heures après le début de l’expérience, ainsi que 14 et 28 jours après le début de l’expérience). Lors de chaque prélèvement, 4 poissons par bac seront euthanasiés (soit 12 poissons par condition et par temps de prélèvement), puis des prélèvements seront réalisés sur les branchies, cerveau, foie, intestin et muscles. Lors de la seconde expérience, les truites seront élevées dans les mêmes conditions expérimentales que précédemment. Chaque condition sera testée dans trois bassins indépendants, contenant 30 truites par bassin, soit un total de 180 poissons. À un temps de prélèvement défini sur la base des résultats de la première expérience, 12 poissons par condition (4 par bac) seront euthanasiés afin de procéder au prélèvement du ou des tissus le(s) plus pertinent(s).

Impact sur les animaux

La baisse d’oxygène est susceptible d’induire un stress modéré. Ce stress pourrait entraîner une légère léthargie au début, le temps que les poissons s'habituent, mais cette gêne sera temporaire. Toutefois, le taux d'oxygénation en condition hypoxique sera maintenu dans des normes acceptables et similaires à celles pouvant exister en élevage de production à forte densité.

Devenir

Première expérience : Un total de 12 poissons par condition et par temps de prélèvement seront prélevés et euthanasiés afin de procéder aux analyses prévues sur les différents tissus et atteindre l’objectif de l’expérience. En fin d’expérimentation, les poissons restants seront remis dans le circuit d’élevage traditionnel. Seconde expérience : Un nombre réduit de poissons sera prélevé pour des analyses ciblées (douze poissons par condition, soit quatre par bac), afin de procéder aux analyses prévues sur les différents tissus et atteindre l’objectif de cette seconde expérience Comme pour la première expérience, les poissons non utilisés seront remis dans le circuit d’élevage traditionnel.

Remplacement

La finalité de cette étude est la production de connaissances concernant l'amélioration des conditions d’élevage des poissons dans un contexte de changement climatique. Elle ne peut donc pas être étudiée avec des cellules ou des modèles mathématiques.

Réduction

La réduction est un objectif réel, le nombre de poissons par bassin est calculé à minima, compte-tenu de la variabilité individuelle observée dans les expériences antérieures, tout en maintenant des conditions d’élevage optimales pour les poissons avec une densité adaptée tout au long de l’essai. En effet, nous devons respecter un nombre minimal de poissons pour assurer le bien-être des animaux et éviter les comportements agressifs qui peuvent survenir avec un petit groupe de poissons (relation dominant/dominé). Compte-tenu de ces éléments, le nombre de poissons par bassin pour l’expérience 1 est de 60. Ce nombre tient compte des prélèvements successifs nécessaires tout au long de l’expérimentation et du risque, possible bien que non attendu ou prévisible, que certains poissons présentant un comportement ou un état jugé anormal soient exclus de l’analyse au cours de l’expérience. Pour l’expérience 2, le nombre de poissons par bassin (n=30/bassin) est inférieur à celui de la première expérimentation car un seul prélèvement sera réalisé. Toutefois, afin de garantir une densité d’élevage optimale et d’éviter tout impact sur le bien-être et les performances des poissons, ce nombre a été évalué au minimum requis.

Raffinement

Des conditions d’élevage classiques et optimisées seront utilisées : photopériode naturelle, température stable à 17°C, qualité d'eau optimale avec dégazage (afin d’éliminer l’azote dissous) et, pour la situation contrôle, niveau d’oxygène couvrant les besoins physiologiques des truites. La taille et le type de bassins seront adaptées à la taille des poissons. La densité des truites sera optimale et un nettoyage des bassins sera effectué régulièrement lors de chaque pesée toutes les 2 semaines. Les animaux seront nourris manuellement à satiété visuelle deux fois par jour. Un suivi quotidien du bien-être animal sera évalué à l’aide d’une fiche d’évaluation quantitative du point limite. Au-delà d’un seuil critique déterminé dans la grille d’évaluation, l’animal sera euthanasié via les procédures réglementaires. Pour les échantillonnages, les poissons seront pêchés dans chaque bassin par du personnel habilité et expérimenté, puis anesthésiés, et mis à mort avant la pesée et le prélèvement des tissus. Lors du stress hypoxique, le comportement des poissons sera étroitement surveillé et des points-limites définis pour éviter toute souffrance grave et stopper le test le cas échéant. Aucun signe de stress grave ne devrait être observé à 5 ppm, considéré comme un stress modéré.

Choix des espèces

La truite arc-en-ciel est la première espèce piscicole produite en France et a donc un poids agronomique et commercial important, ce qui en fait un choix privilégié pour cet essai, en plus de son intérêt scientifique pour l’étude des mécanismes de réponse au stress cellulaire. Animaux au stade juvénile. Le but est de se placer dans des conditions de croissance optimales mais aussi de pouvoir récupérer différents tissus en quantité suffisante pour les analyses, ce qui justifie cette période et le poids moyen initial de 30 grammes permettant d'atteindre un poids moyen final d'environ 100 grammes au bout de 4 semaines d’élevage.

2 323 souris vont être utilisées dans des procédures impliquant un niveau de souffrance modéré, toutes tuées par chirurgie terminale pour prélever leurs organes. Rendues obèses et diabétiques par leur alimentation, elles subissent une biopsie de la queue, une chirurgie cérébrale de quarante minutes pour activer ou inhiber un groupe de neurones, jusqu'à six sessions de deux heures de prélèvements sanguins à la queue toutes les quinze minutes après mise à jeun, et quinze jours d'isolement en cage d'enregistrement. Le bénéfice avancé, de nouvelles pistes contre la "diabésité", reste une perspective, quand le protocole décrit des atteintes datées et répétées. Le porteur conclut qu'un modèle in vivo intégré est "obligatoire" et qu'il n'existe "pas d'alternative non-animale".

Objectifs

Depuis plus de vingt ans, il est clairement établi que des systèmes de régulation situés dans l’hypothalamus jouent un rôle central dans le contrôle de l’équilibre énergétique et glycémique de l’organisme. Un dysfonctionnement de l’un de ces systèmes pourrait ainsi contribuer au développement de maladies métaboliques telles que l’obésité et le diabète de type 2. Ces pathologies sont étroitement liées, donnant naissance au terme « diabésité ». Aujourd’hui elles touchent des centaines de millions de personnes dans le monde et constituent un enjeu majeur de santé publique. Ainsi, mieux comprendre les mécanismes à l’origine de ces maladies permettra de développer de nouvelles stratégies thérapeutiques et de nouveaux traitements pour leur prévention et leur prise en charge. Néanmoins, notre connaissance des réseaux de neurones et systèmes moléculaires impliqués dans ces processus de régulation reste encore très limitée. Ce projet s’intéresse plus particulièrement à une population de neurones hypothalamiques impliqués dans la régulation de la balance énergétique et glucidique. Ces observations nous ont conduits à proposer le présent projet. Celui-ci vise à étudier chez des souris rendues obèses et diabétiques les altérations du fonctionnement, de l’activité et de la signalisation de ce réseau de neurones, dans son rôle régulateur de la glycémie. L’objectif est donc de déterminer si ce circuit neuronal peut représenter une cible thérapeutique pertinente pour améliorer le contrôle de la balance énergétique et glycémique dans un contexte d’obésité et de diabète de type 2.

Bénéfices attendus

De récentes études ont permis d’élucider le rôle et le fonctionnement d’une population neuronale dans la régulation de la balance énergétique et glucidique en condition physiologique. L’objectif de cette présente étude est donc d’étudier les potentielles altérations fonctionnelles, et potentiels défauts de l’activité électrique et de signalisation de cette population de neurones en condition pathologique d’obésité/diabète. Ces recherches apparaissent cruciales non seulement pour la recherche fondamentale mais aussi dans la lutte contre la pandémie de « diabésité », afin de proposer des solutions innovantes dans la prévention, la prise en charge et le traitement de ces maladies.

Procédures

- Afin d'activer ou d'inhiber les neurones à 26RFa ou bien d’administrer des composés pharmacologiques dans le système nerveux central, les animaux subiront une chirurgie réalisée sous anesthésie / analgésie durant 40 minutes. - Pour établir le profil glycémique des souris, leur glycémie sera suivie par un prélèvement sanguin à l’extrémité de la queue, pendant moins de 10 secondes toutes les 15 minutes, au cours de sessions expérimentales de deux heures. Chaque animal sera soumis à 6 expérimentations au maximum, chacune espacée d’une semaine de repos. - Pour le suivi métabolique, les animaux seront hébergés individuellement durant 15 jours dans des cages d’enregistrement, permettant d'évaluer les paramètres métaboliques, avant d’être réunis avec leurs congénères préalablement connus. - Afin de prélever des tissus à l’issus des tests physiologiques, les animaux subiront une chirurgie terminale sous profonde anesthésie / analgésie.

Impact sur les animaux

Le protocole de nutrition qui sera utilisé entraine un surpoids et une hyperglycémie chronique chez la souris constituant un modèle d'obésité et de diabète de type 2 chez l'animal. Ce modèle est très largement utilisé dans la littérature scientifique. - Afin d'être génotypés, les animaux subiront une biopsie de l'extrémité de la queue. Nuisances prévues : douleur à l’incision couverte par l’application locale d’analgésique et potentielle infection prévenue par la désinfection systématique des plaies. - Afin de moduler l’activité de la population neuronale d’intérêt, les souris subiront une chirurgie. Nuisances prévues : douleurs post opératoires minorées par des analgésiques. - Afin de suivre la glycémie, les animaux subiront une mise à jeun avant chaque test physiologique et une incision à l’extrémité de la queue permettant la ponction de gouttes de sang. Nuisances prévues : perte de poids consécutive à la mise à jeun dont le retour à la normale sera surveillé après chaque test, une semaine de repos minimum entre chacun d'entre eux ; douleur à l’incision couverte par l’application locale d’analgésique et potentielle infection prévenue par la désinfection systématique des plaies. - Pour le suivi métabolique, les animaux seront hébergés individuellement dans des cages d’enregistrement. Nuisance prévue : hébergement individuel des animaux à 1 animal/cage inhérent à ce suivi, minoré par un temps de test le plus court possible et une mise à mort qui suit immédiatement le test.

Devenir

A l'issue de chaque procédure, les animaux sont mis à mort pour prélèver les organes.

Remplacement

Afin de mieux comprendre la physiopathologie de l’obésité/diabète, et de caractériser dans ce contexte le fonctionnement des réseaux de neurones hypothalamiques à 26RFa/orexines dans leur rôle de régulateur de la glycémie et du métabolisme, l’utilisation d’un modèle in vivo intégré est obligatoire. Il est nécessaire de pouvoir étudier la communication qu’il existe entre le système nerveux et les systèmes périphériques de l’organisme afin de comprendre l’influence du premier sur le second ; dans notre cas l’influence du réseau de neurones à 26RFa/orexines sur la régulation de la glycémie et du métabolisme énergétique (tel le comportement alimentaire ou l’activité physique). La physiologie de la souris étant proche de celle de l’Homme, utiliser cet animal nous permet de pouvoir imaginer une recherche translationnelle, les innovations thérapeutiques proposées seront donc potentiellement applicables à l’Homme dans le futur. Il n’existe alors à ce jour pas d’alternative non-animale.

Réduction

Dans un objectif de réduction du nombre d’animaux utilisés dans ce projet, une planification expérimentale a été réalisée en amont. De plus, pour chaque expérience, le nombre d’animaux nécessaire par groupe a été estimé afin d’obtenir des résultats fiables tout en réduisant au mieux le nombre d’animaux utilisés. Anticiper ainsi les effectifs adaptés permet de réduire le nombre d’animaux utilisés, de diminuer le risque de devoir répliquer une expérience avec de plus gros effectifs ainsi que le double emploi. Ces estimations ont été réalisées avec le site BiostaTGV® qui calcule le nombre d’animaux requis en fonctions de plusieurs paramètres : la force de l’effet attendu, la variabilité entre individus, et les paramètres statistiques souhaités. Le design de nos expérimentations prévoit quand cela est possible (différents tests physiologiques par exemple) qu’une souris subisse successivement différents tests, réduisant de ce fait de façon significative le nombre de groupe d’animaux nécessaire.

Raffinement

Les conditions d’élevage et de manipulation des animaux seront raffinées pour réduire au maximum la douleur, la souffrance et l’angoisse des animaux. Ils seront maintenus à un minimum de trois par cage pour éviter l’isolement social et leur hébergement sera pourvu de matériel pour la nidification et d'un tube de plastique rouge leur fournissant un abri. La taille des cages est réglementaire. L’état général des animaux sera quotidiennement évalué et les signes de mal-être seront surveillés attentivement. L’établissement de points limites nous permettra de veiller au bon suivi des animaux et de leur apporter au besoin les soins adéquats. Si les points limites sont dépassés, il sera considéré qu’un niveau de souffrance intolérable est atteint et l’animal sera en fonction des cas, écarté des expérimentations ou mis à mort. L’ensemble des actes pouvant entrainer une douleur sera réalisé sous anesthésie/analgésie (locale ou générale). Il sera prévu, pour les animaux devant subir plusieurs tests au cours d'une même procédure, une période de rétablissement minimum d’une semaine entre chaque test, leur permettant une stabilisation de leur poids corporel et la reconstitution initiale de leur volume sanguin après prélèvement.

Choix des espèces

Seule l’utilisation d’un modèle mammifère intégré, donc in vivo chez l’animal entier, peut nous permettre d’étudier la physiopathologie de l’obésité/diabète, et de caractériser dans ce contexte le fonctionnement des réseaux de neurones hypothalamiques à 26RFa/orexines dans leur rôle de régulateur de la glycémie et du métabolisme. La physiologie de la souris étant proche de celle de l’Homme, utiliser cet animal nous permet de pouvoir imaginer une recherche translationnelle, les innovations thérapeutiques proposées seront donc potentiellement applicables à l’Homme dans le futur. La souris est un modèle animal largement utilisé pour les études physiopathologiques permettant une comparaison de nos données avec celles d’autres équipes. De plus, la souris permet des approches génétiques et chémogénétiques complexes n’existant pas chez d’autres modèles mammifères. Au cours de cette étude la physiologie chez l’adulte sera étudiée. Les souris seront donc âgées d’au moins 8 semaines lors des expérimentations.

Huit heures de privation d'oxygène par jour, de 8 h à 16 h, pendant seize semaines. 390 souris vont être utilisées dans des procédures impliquant un niveau de souffrance modéré, 70 d'entre elles recevant en plus un implant de télémétrie posé au cours d'une chirurgie de trente minutes. Elles subissent des injections d'insuline, de glucagon, d'adrénaline et de dexaméthasone, des mesures de pression artérielle en tube de contention, des échographies cardiaques sous anesthésie et des transferts entre trois établissements. Toutes sont tuées après les seize semaines pour prélever des organes, une partie de ces prélèvements étant redistribuée à d'autres chercheurs du laboratoire pour des mises au point techniques.

Objectifs

Le projet vise à répondre à deux questions scientifiques, à savoir : -La privation intermittent d'oxygène (induite pas l’apnée obstructive du sommeil AOS) provoque-t-elle des dérèglements de l’activation sur système nerveux autonome ? -Si oui, ces dérèglements sont-ils responsables des troubles métaboliques hépatique associés à ce stress hypoxique et plus largement à cette pathologie (AOS) ? Pour cela le projet met en place une collaboration multi-équipes pour mutualiser les expertises et le matériel. Le projet sera donc réalisé dans 3 établissements utilisateurs voisins.

Bénéfices attendus

L'activation du système sympathique dans les apnées obstrutives du sommeil commence d'être décrite en clinique par des observations cardiaques (ECG). Par ailleurs, cette activation a sans doute des répercussions sur le plan métabolique que nous allons tenter de comprendre. Si une activation de la voie sympathique s'avère dans notre modèle d'exposition à l'hypoxie intermittente avec des désordres métaboliques associés, nous allons pouvoir envisager des traitements d'inactivation de cette voie (Béta bloquant ou autre) avec des répercussions importantes. Au final, l'idée est de développer une nouvelle thérapie pour lutter contre les déréglements métaboliques associés au syndrome d'apnées obstrutives du sommeil.

Procédures

Dans l'EU1 Les animaux seront soumis à de l'hypoxie intermittente 8 heure par jour, pendant 16 semaines de 8h à 16h. Ils suivront des tests de stimulations à différentes drogues connues afin d'évaluer leur sensibilité à celles-ci (3 tests à la 2ème, 8ème et 16ème semaine d'exposition à l'hypoxie). Ils auront des mesures de glycémie par microprélèvements (goutte de sang prélevée à la queue, 3 tests). Il suivront 3 ECG et 3 echographies cardiaques non invasifs, réalisés sous anesthésie générale (durée moyenne 10 min) dans l'EU2. . Certains d'entres eux (5 par groupes et par souches soit 70 animaux), suivront une chirurgie permettant la pose d'implant de télémétrie nécessaire au suivi en temps réel de leurs paramètres vitaux (ECG, glycémie et pression) (durée de la chirurgie 30 min) dans l'EU1. Les animaux seront hébergés en cage adaptée à la mesure des échanges de gaz respiratoires pendant 48 heures (24 heures d’acclimatation et 24 heures de mesures) afin de mesurer la dépense énergétique des animaux dans l'EU2. Ces cages sont conformes aux normes européennes sur le bien-être des animaux, elles contiennent des enrichissements (tunnel) et un accès à l’eau et à la nourriture ad libitum. Enfin des mesures de pressions artérielles seront réalisées sur les animaux à la fin de l'exposition à l'hypoxie deux fois 15 min à intervalle de 4 jours (sur 280 animaux (140 de chaque souche)).

Impact sur les animaux

Le modèle d'exposition à la privation d'oxygène intermittente est bien connu au laboratoire et les effets secondaires sur les animaux sont bien décrits (augmentation de la ventilation et augmentation de l'hématocrite sans conséquence majeure). Les traitements utilisés sont déjà connus dans la litérature et au laboratoire, il ne devrait pas y avoir de problème. Les injections de glucagons devraient augmenter la glycémie des animaux (mais sans excés). Les injection d'insuline devraient provoquer une baisse de la glycémie. Si celle-ci devient inférieure à 40mg/dl les animaux recevront une injection de glucose). Les injections d'adrénaline, d'isoprénaline, de noradrénaline et de dexaméthazone sont attendues pour augmenter légèrement la fréquence cardiaque. Les mesures de pression artérielle à la queue étant réalisées en placant les animaux dans un tube de contention, les animaux pourront être stressés lors de ces mesures. Ils seront donc habitués progressivement et plusieurs fois à cette contention avant les mesures. Les animaux opérés pour être équipés d’implants de télémétrie auront besoin de quelques jours de récupération avec un suivi quotidien avec vérification des points limites décrits en procédure expérimentale (sur 14jours). Comme lors de toute chirurgie, un risque infectieux existe. La mise en cage colarimétrie n'induit pas de nuissance particulière car elles sont de taille identiques à celles de l'hébergement et avec le même enrichissement.

Devenir

Les animaux seront euthanasiés à l'issue des 16 semaines d'hypoxie afin de prélever différents organes. Une mutualisation des prélèvements pour d'autres analyses ou mises au points techniques pourra être faite avec d'autres chercheurs du laboratoire.

Remplacement

Nous avons pris en compte la règle des 3 R car ces expérimentations seront réalisées avec le souci de remplacer l'expérimentation animale. Seulement à ce jour aucun moyen ne nous permet de remplacer ce modèle animal pour analyser les dérèglements des systèmes intégrés comme l'activation du système nerveux autonome.

Réduction

Nous réduisons le nombre d'expérience en multipliant les tests à partir d'un seul animal grâce a des analyses non invasives (ECG+Echographie) à différents temps (avant le sacrifice terminal). Nous utilisons également le nombre minimal d'animaux nécessaires pour obtenir des résultats statistiquement fiables. Le nombre d’animaux a été évalué avec un test statistique tenant compte de la variabilité des précédentes expériences déjà réalisées au laboratoire en ce qui concerne les analyses métaboliques et en intégrant un effet de la privation de l'oxygène à hauteur de 20-30%. Nous obtenons un minimum de 10 animaux par groupe avec un risque de 5%. Les résultats obtenus seront analysés par des tests statistiques. Pour les données générées par la télémétrie, un n=5 devrait suffire car ces mesures sont très précises, réalisées sans stress des animaux et en continue (nombre de mesure supérieur à 1000).

Raffinement

Cette étude est menée avec un grand souci de raffinement d'autant que ces analyses sont très sensibles aux moindres perturbations des animaux (stress etc). Ainsi nous veillerons à respecter scrupuleusement les cycles jours/nuit et limiterons fortement les allers et venues dans l'animalerie ainsi que le bruit pour ne pas déranger les animaux. Les animaux suivront également des habituations de manipulation par les expérimentateurs afin de limiter fortement le stress des animaux durant les analyses en particulier celles de mesure de pression. Les animaux seront anesthésiés durant les ECG et les échographies. Les animaux qui suivront la chirurgie implantatatoire pour la télémétrie bénéficieront d’un traitement antalgique. Enfin, des points limites adaptés et des critères d’arrêt de souffrance sont définis pour la procédure que suivront les animaux de ce projet. La mise en cage colarimétrie n'induit pas de nuissance particulière car elles sont de taille identiques à celles de l'hébergement et nous les aménagerons avec le même enrichissement. Un éventuel stress des animaux pourrait être engendré par le transport entre les différents EU mais les distances sont faibles entre eux. L'EU3 est situé un étage plus bas de l 'EU1 et l'EU2 est situé à 10 min de voiture. Ces transports seront réalisés par l'expérimentateur lui même (pour limiter le stress des animaux) avec le plus grand soin (voiture climatisée, conduite souple etc...)

Choix des espèces

La souris est un mammifère dont certaines caractéristiques biologiques peuvent être extrapolées à l'Homme, notamment dans le cadre d'études systémiques, premettant ainsi de comprendre les mécanismes physiologiques et physiopathologiques avant d'entreprendre des études cliniques. Enfin la pertinence du choix de cette espèce animale repose sur le fait de la comparativité des études scientifiques. Le modèle d'exposition des souris à l'hypoxie intermittente étant déjà bien caractérisé et publié dans la litérature. L'utilisation d'animaux transgénique est le seul moyen d'évaluer spécifiquement l'implication du gène ciblé sur les perturbations métaboliques associées à l'hypoxie intermittente, la souris est l'espèce de choix pour ces expériences. Les animaux seront utilisés au stade jeune adulte ou adulte afin de mimer au mieux la pathologie clinique qui survient à l'age adulte. Age de 16 semaines à l'entrée dans l'étude.