Effect of Melatonin on the Risk of Osteoporosis, Brain Energy Metabolism and Remyelination in an Experimental EAE Mouse Model

La Sclérose en plaques (SEP) est une maladie auto-immune chronique démyélinisante et neurodégénérative du SNC. Elle représente la première cause de handicap non traumatique chez l’adulte jeune et surtout les femmes. Malgré tous les efforts des chercheurs, la cause exacte de la SEP reste inconnue à ce jour. Selon eux, la SEP est considérée une maladie qui survient en présence des facteurs environnementaux combinés à des facteurs génétiques. La thérapie actuelle utilise des médicaments qui suppriment les attaques immunologiques sans supprimer tout le système immunitaire. La mélatonine s’est révélée d’être un candidat neuroprotecteur puissant pour réduire la perte de la myéline.Le but de ce travail est d’examiner la corrélation clinique entre la mélatonine sérique et la proCT chez les patients atteints de SEP et d’évaluer l’effet de la mélatonine sur l’ostéoporose, les voies métaboliques et la remyélinisation au niveau du cerveau in vivo. Pour ce faire, différentes techniques de biologie moléculaire et cellulaire ont été utilisées dans le modèle expérimental d'encéphalomyélite auto-immune (EAE).Les résultats obtenus se divisent en trois parties. Dans la première partie, Les données ont montré une augmentation significative des taux sériques de proCT chez les patients atteints de SEP, inversement corrélée aux niveaux de mélatonine et celui de l’ostéocalcine OCN par rapport aux sujets sains. Dans la seconde partie, nous avons démontré que la mélatonine a diminué les scores cliniques moyens, a réduit significativement les taux sériques de proCT et a augmenté le niveau de 25-hydroxyvitamine D, du calcium et de l’OCN chez les souris EAE par rapport au souris EAE témoins. Dans la troisième partie, les résultats ont montré que la mélatonine a augmenté le niveau des cytokines anti-inflammatoires (l’interleukine-10 (IL-10) et l’interleukine-4 (IL-4)) et a diminué le taux des cytokines pro-inflammatoires (le facteur de nécrose tumorale–alpha (TNF-α) et l’interleukine 1-bêta (IL-1β)) chez les souris EAE par rapport aux souris EAE témoins. Nous avons aussi démontré que le taux de la glycoprotéine oligodendrocytaire de la myéline (MOG), le taux de la protéine basique de la myéline (MBP) et le taux de la protéine basique oligodendrocytaire associée à la myéline (MOBP) ont étéaugmentés par celle-ci. De plus, elle a entraîné une augmentation significative des concentrations cérébrales d’acétate, de N-acétylaspartate (NAA) et de 3-hydroxy-3-méthylglutaryl-Coenzyme-A réductase (HMGCR). Les niveaux d’expression de l’ARNm et des protéines de pyruvate déshydrogénase kinase-4 (PDK-4) ont également augmenté chez les souris traitées à la mélatonine par rapport aux souris EAE non traitées. Le traitement à la mélatonine a entraîné une augmentation des taux de lactate dans le cerveau, alors que l'activité du complexe de pyruvate déshydrogénase (PDC) actif et total, enzyme sous le contrôle de PDK-4, a été supprimée.En conclusion, cette étude suggère que ProCT pourrait être un biomarqueur chez les patients atteints de SEP. Les résultats obtenus sur les souris EAE traitées à la mélatonine démontrent son importance sur l’atténuation de la gravité de la maladie et de l’inflammation intracérébrale ainsi que sur l’amélioration du métabolisme osseux qui a pour conséquent une réduction de l’ostéoporose. De même, ce traitement porte une importance sur la réduction des médiateurs inflammatoires tout en stimulant l’oligodendrogénèse. Ainsi, la mélatonine exerce un effet modulatoire sur les voies métaboliques impliquées dans le métabolisme cérébral et améliore le dysfonctionnement mitochondrial.Multiple Sclerosis (MS) is a chronic auto-immune demyelinating and neurodegenerative disease of the CNS. It represents the leading cause of non-traumatic disability in young adults and especially women. Despite all the efforts of researchers, the exact cause of MS remains unknown to this day. According to them, MS is considered a disease that occurs in the presence of environmental factors combined with genetic factors. Current therapy uses drugs that suppress immunological attacks without suppressing the entire immune system. Melatonin has been shown to be a potent neuroprotective candidate to reduce the loss of myelin.The aim of this work is to examine the clinical correlation between serum melatonin and proCT in MS patients and to assess the effect of melatonin on osteoporosis, metabolic pathways and remyelination in the brain. in vivo. To do this, different molecular and cellular biology techniques were used in the experimental model of autoimmune encephalomyelitis (EAE).The results obtained are divided into three parts. In the first part, the data showed a significant increase in serum proCT levels in MS patients, inversely correlated with melatonin and osteocalcin OCN levels compared to healthy subjects. In the second part, we demonstrated that melatonin decreased the average clinical scores, significantly reduced serum proCT levels and increased the level of 25-hydroxyvitamin D, calcium and OCN in EAE mice compared to control EAE mice. In the third part, the results showed that melatonin increased the level of anti-inflammatory cytokines (interleukin-10 (IL-10) and interleukin-4 (IL-4)) and decreased the rate of pro-inflammatory cytokines (tumor necrosis factor – alpha (TNF-α) and interleukin 1-beta (IL-1β)) in EAE mice compared to control EAE mice. We also demonstrated that the level of myelin oligodendrocyte glycoprotein (MOG), the level of myelin basic protein (MBP) and the level of myelin oligodendrocytic basic protein (MOBP) wereincreased by it. In addition, it has led to a significant increase in brain concentrations of acetate, N-acetylaspartate (NAA) and 3-hydroxy-3-methylglutaryl-Coenzyme-A reductase (HMGCR). Expression levels of mRNA and pyruvate dehydrogenase kinase-4 (PDK-4) proteins also increased in melatonin-treated mice compared to untreated EAE mice. Treatment with melatonin resulted in increased lactate levels in the brain, while the activity of the active and total pyruvate dehydrogenase (PDC) complex, an enzyme under the control of PDK-4, was suppressed.In conclusion, this study suggests that ProCT may be a biomarker in patients with MS. The results obtained on melatonin-treated EAE mice demonstrate its importance in reducing the severity of the disease and intracerebral inflammation, as well as improving bone metabolism, which consequently reduces osteoporosis. Likewise, this treatment is important for the reduction of inflammatory mediators while stimulating oligodendrogenesis. Thus, melatonin exerts a modulatory effect on the metabolic pathways involved in brain metabolism and improves mitochondrial dysfunction