IRM du manganèse (MEMRI) : couplage à l'imagerie chimique par microsonde synchrotron pour optimiser l'imagerie fonctionnelle du transport neuronal

Abstract Manganese (Mn2+) is an essential element for human body. The paramagnetic properties of Mn2+ permit it use as a contrast agent for MRI (Mn-MRI or MEMRI). Analogue of calcium (Ca2+), it enters neurons primarily by calcium channels. It is then transported along microtubules to the synapse where it is released and then captured by other neurons. Thus, it can account for the anterograde and retrograde axonal transport. The MEMRI approach can provide unique information about cerebral functional connectivity. Two problems limit the use of this powerful tool for in vivo imaging: (i) At high doses, Mn2+ is toxic to the body and can cause serious problem of the central nervous system, called manganism. The level and the mechanisms of toxicity are poorly understood. (ii) The mode of manganese transport in the MEMRI approach is unclear. To address these two issues, we undertook a study coupling MRI and synchrotron microscopy to study the Mn 2+ behavior in vivo. We characterized the cellular and subcellular distributions of Mn and other metals in "pseudo neurons" cell line N2A, primary cultures of hippocampal neurons, andin hippocampal slices from rats. In parallel, we studied the effects of Mn on brain metabolism by proton-HRMAS NMR . In parallel, weevaluated MEMRI in MAP6 KO mice which exhibit a deficit in microtubule stabilizing protein, to assess the functional connectivity of the thalamocortical tract. Key words hippocampus, MAP6, manganese, metabolism, metal, neuron, MRI, rodent, synchrotron.Résumé Le manganèse (Mn2+) est un élément essentiel du corps humain. Ses propriétés paramagnétiques permettent son utilisation comme agent de contraste pour l'IRM (Mn-MRI ou MEMRI). Analogue du calcium (Ca2+), il pénètre les neurones essentiellement par les canaux calciques. Il est ensuite transporté le long des microtubules jusqu'aux synapses où il est libéré, puis capturé par les autres neurones. Ainsi, il peut rendre compte du transport axonal antérograde et rétrograde. L'approche MEMRI peut ainsi apporter des informations uniques sur la connectivité fonctionnelle cérébrale. Toutefois, deux problèmes limitent l'emploi de ce puissant outil d'imagerie in vivo : (i) A doses élevées, le Mn2+ est toxique pour l'organisme et peut provoquer une atteinte grave du système nerveux central, appelé manganisme. Les niveaux et les mécanismes de toxicité sont mal connus. (ii) Le mode de transport du manganèse dans l'approche MEMRI est mal connu. Afin d'apporter des éléments de réponse à ces deux problèmes, nous avons entrepris une étude couplant IRM et microscopie synchrotron pour mieux comprendre le comportement du Mn2+ in vivo. Nous avons précisé les distributions cellulaire et sub-cellulaire du Mn et d'autres métaux pour un modèle de cellules de type neuronal (lignée de neuroblastome N2A), pour des cultures primaires de neurones hippocampiques, mais aussi au niveau de coupes d'hippocampe de rats. En parallèle, nous avons étudié les effets du Mn sur le métabolisme cérébral par une technique de RMN-HRMAS du proton. Pour compléter ce travail, nous avons mis en œuvre l'imagerie MEMRI chez les souris KO MAP6 présentant un déficit d'une protéine stabilisatrice des microtubules pour évaluer la connectivité fonctionnelle du tract thalamo-cortical. Mots clés Hippocampe, MAP6, manganèse, métabolisme, métal, neurone, MRI, rongeurs, synchrotron