Study of the consequences of obstructive sleep apnea syndrome on the integrity of an in vitro blood-brain barrier model : the inflammatory and hypoxic processes associated

Le syndrome d’apnée obstructive du sommeil (SAOS) est un enjeu majeur en santé publique. Il est défini par des collapsus répétés des voies aériennes supérieures associés à une majoration du risque cérébrovasculaire. A ce jour, le traitement le plus efficace est un dispositif de pression positive continue nocturne, dont l’observance à long terme est limitée. Afin de développer d’autres thérapeutiques, il est nécessaire de comprendre les mécanismes sous-jacents ainsi que leurs impacts au niveau du système nerveux central (SNC). Dans cette thèse nous sommes partis de l’hypothèse que les déficits cognitifs seraient liés à une altération de la barrière hématoencéphalique (BHE). Cette barrière est composée d’un endothélium étanche, qui est associé aux cellules du compartiment cérébral tel que les astrocytes, pour permettre de limiter l’entrée et/ou de favoriser la sortie de composés cytotoxiques, protégeant ainsi le SNC. Les cellules endothéliales sont reliées entre elles par des protéines de jonctions telles que ZO-1 et Claudin-5. Mais elles possèdent également un système de transports d’efflux actif, appartenant à la famille des ABC-transporteurs tel que MRP-1, P-gp, BCRP. L’objectif premier de cette thèse, fut d’évaluer l’impact individuel de deux mécanismes sous-jacents du SAOS, c’est-à-dire l’hypoxie intermittente chronique par l’intermédiaire de la voie HIF-1 et l’inflammation persistance de bas grade, via l’utilisation de cytokines proinflammatoires connues pour leurs implications dans le SAOS, et ceci sur l’intégrité d’un modèle de BHE. Enfin nous avons réalisé une approche translationnelle du SAOS grâce à l’utilisation de sérums de patients permettant de déterminer l’effet des biomarqueurs sériques sur un modèle de BHE in vitro. L’étanchéité de l’endothélium est évaluée par des mesures de perméabilité au Sodium fluorescéine, ainsi que des ELISA sur cellules entières d’expression des protéines de jonctions serrées et des ABC-transporteurs. Enfin une mesure de l’activité de ces ABC-transporteurs a été réalisée. Nous montrons une perte d’intégrité de la BHE suite aux différents stress. Nous montrons que l’hypoxie intermittente chronique entraine une possible adaptation cellulaire et que l’inhibition de la voie hypoxique ne permet pas d’annuler entièrement les conséquences de l’hypoxie sur l’intégrité de la BHE. Ainsi d’autres voies que HIF-1 interviendraient dans ce processus de perméabilité de la barrière telle que l’inflammation. Enfin notre étude confirme que les biomarqueurs sériques de patients atteint d’un SAOS, induisent une augmentation de la perméabilité de la BHE. Ces diverses observations confirment la complexité du SAOS, et l’importance de l’étude des mécanismes individuels pour la recherche de nouvelles thérapeutiques.Obstructive sleep apnea syndrome (OSA) is a major public health issue. It’s defined as repeated upper airway collapse associated with enhanced cerebrovascular risk. Nowadays, the most effective treatment is a continuous positive airway pressure device, but long term compliance could be limited. In order to develop alternative therapies, it appears necessary to better understand the underlying deleterious mechanisms and their impacts on the central nervous system (CNS). In this thesis we hypothesize that neurodegenerative consequences of OSA are mainly related to an alteration of the blood-brain barrier (BBB). This barrier is composed of a tight endothelium, which is combined with brain compartment cells such as astrocytes, to limits the entry and/or promotes the exit of cytotoxic compounds, thus protecting the CNS. The first objective of this topic was to assess the individual impact of two underlying mechanisms of OSA, i.e. chronic intermittent hypoxia and persistent low-grade inflammation on the integrity of an in vitro BBB model. Finally, we have evaluated a "global" approach to OSA using patient sera to determinate the effect of circulating biomarkers on an in vitro BBB model. The tightness of the endothelium is evaluated by Na-Fl permeability measurements, as well as cell-ELISA for tight junction proteins and ABC-transporters expression. Finally a measurement of ABC-transporters activity was performed. We demonstrate a loss of BBB integrity due to different stresses. We show that intermittent hypoxia leads to cellular adaptation and the use of an inhibitor of the main recognized HIF-1 alpha pathway doesn’t induce a complete reversion on the integrity of the BBB. Then, other pathways would be involved in BBB alteration, such as inflammation. Therefore, we show inflammatory stress apply to our in-vitro BBB model lead a loss of integrity. Finally, we demonstrate that biomarkers of patient’s sera with severe OSA induce an increase in the permeability of our human BBB model. Those results confirm the complexity of OSA pathophysiology, and the importance of studying individual mechanisms for the search of new therapies