RÉSULTATS MAJEURS
I) Une carence nutritionnelle en oméga-3 dès la gestation induit une modification de la composition lipidique du cerveau chez la souris adulte
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Dans un premier temps les auteurs ont examiné la conséquence d’une carence nutritionnelle en oméga-3 sur la composition lipidique du cerveau et du striatum de souris adultes. L’hypothèse émise est que cette carence induit une diminution des taux en acides gras polyinsaturés oméga-3 au niveau du cerveau et du striatum, comme chez le sous-type de patients atteints de troubles motivationnels.
L’analyse lipidique cérébrale montre une différence significative du ratio oméga-6/oméga-3 (n-6/n-3) (figure 1a). En effet, les auteurs ont noté une diminution des taux en oméga-3 (n-3), en faveur d’une augmentation des taux en oméga-6 (n-6) (figure 1b). Ces résultats sont également retrouvés au niveau du striatum (figure 1c). Il est tout de même important de rappeler que le régime alimentaire des animaux a été remplacé par de la nourriture enrichie en oméga-6. Enfin, le striatum présente des taux en phospholipide (figure 1d) et en cholestérol (figure 1e) modifiés chez les souris carencées adultes.
Ces résultats révèlent une compensation par les oméga-6 des oméga-3 déficitaires dans le cerveau, ainsi qu’un remaniement des phospholipides et du cholestérol des membranes lipidiques des neurones du striatum.
II) Une carence nutritionnelle en oméga-3 entraîne un déficit motivationnel
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Après avoir noté la modification de la composition lipidique des membranes cérébrales, les souris carencées ont été soumises à des tests comportementaux permettant d’évaluer la motivation. Après une première phase d’entrainement durant laquelle les souris ont appris à actionner un levier afin d’obtenir une récompense, elles ont été exposées à un test de ratio progressif, durant lequel, au sein d’une même séance, le nombre d’appuis sur le levier est doublé, par rapport à l’essai précédent pour obtenir la même récompense (voir vidéo synthèse). En plus de ce test, les animaux ont réalisé un test de tâche concurrente, qui consiste à donner le choix à l’animal entre fournir un effort pour obtenir une récompense palatable ou consommer de la nourriture d’animalerie, moins récompensante, librement à disposition (voir vidéo synthèse). L'hypothèse ici testée est la suivante : les souris adultes carencées en oméga-3 présentent un déficit motivationnel, tout comme le sous-type de patients atteints de troubles motivationnels.
A l’issu de ces tests, les auteurs ont révélé un déficit motivationnel chez les souris ayant reçu un régime appauvri en oméga-3, par rapport aux souris contrôles.
En effet, à l’issu du test de ratio progressif, les résultats montrent que les souris carencées ont arrêté plus rapidement le test en cours (figure 2a). De même, à l’issu du test de tâche concurrente, les souris carencées ont présenté un nombre de pression au levier significativement inférieur à celui des souris contrôles (figure 2b), et de façon corrélée, les souris carencées ont consommé significativement plus de nourriture en libre accès (figure 2c).
Ces résultats suggèrent que le maintien de l’effort chez ces souris carencées est altéré quand la demande motivationnelle devient trop importante. De plus, cette carence induit une altération de l’estimation coût/bénéfice, laissant le choix à l’animal de se contenter de la nourriture moins palatable si l’acquisition de la récompense demande trop d’effort.
Figure 2a : Durée de sessions des souris des groupes contrôles (bleu) et carencés en oméga-3 (rouge) à un test de ratio progressif
Figure 2b : Nombre de pression au levier effectué par les souris des groupes contrôles (bleu) et carencés en oméga-3 (rouge) à un test de tâche concurrente
Figure 2c : Quantité de nourriture en libre accès consommée par les souris des groupes contrôles (bleu) et carencés en oméga-3 (rouge) à un test de tâche concurrente
III) Le déficit motivationnel peut être prévenu par une supplémentation alimentaire d’oméga-3 durant la période périnatale
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Afin de confirmer le rôle causal de la déficience périnatale en oméga-3 dans le déficit motivationnel, les auteurs ont étudié chez les souris carencées, l’effet d’une restauration nutritionnelle en oméga-3, durant la lactation (P0) ou après le sevrage (P21), sur la motivation. L’hypothèse testée est qu’une restauration nutritionnelle précoce en oméga-3 permettrait de prévenir le déficit motivationnel chez les souris carencées adultes.
Basé sur le même test de ratio progressif, les résultats montrent que la supplémentation d’oméga-3 dès la naissance, vraisemblablement via le lait maternel, permet de prévenir le déficit motivationnel. En effet, chez les souris adultes soumises à une carence nutritionnelle prénatale en oméga-3 ; une supplémentation en oméga-3 démarrant à la naissance (P0) augmente la durée des sessions au test de ratio progressif (figure 3a). L’augmentation de la durée des sessions indique que ces souris continuent à fournir un effort afin d’obtenir la récompense, tandis que les souris carencées et supplémentées en oméga-3 après le sevrage (P21) continuent de présenter un déficit motivationnel.
Ces résultats suggèrent que la période de sevrage (de P0 à P21), ainsi que des taux physiologiques conformes en oméga-3 durant cette période, sont nécessaires au développement approprié du réseau neuronal en charge des processus motivationnels.
IV) La carence en oméga-3 induit l’augmentation de l’activité inhibitrice des neurones épineux moyens-D2 sur les neurones épineux moyens-D1
A) Diminution de l’excitabilité des neurones épineux moyens-D1
Afin de déterminer le(s) corrélat(s) neurobiologique(s) impacté(s) par la carence nutritionnelle en oméga-3, et responsable(s) du déficit motivationnel, les auteurs ont examiné la transmission dopaminergique ainsi que l’intégrité des neurones épineux moyens de la voie mésolimbique (voir cadre théorique - figure 2). Les résultats montrent que ni la libération de dopamine dans le noyau accumbens, ni l’activité intrinsèque des neurones GABAergiques épineux moyens du noyau accumbens n'ont été modifiées. L’hypothèse alors émise est que l’excitabilité des neurones épineux moyens-D1 et -D2 est altérée par la carence en oméga-3.
Les auteurs ont donc examiné l’activité électrique des neurones épineux moyens-D1 et -D2 suite à la stimulation de fibres afférentes glutamatergiques en provenance du cortex préfrontal (figure 4a). Les résultats montrent que dans les neurones épineux moyens-D1 de souris contrôles et carencées, la probabilité qu'un potentiel postsynaptique excitateur évoqué induise un potentiel d'action est diminuée chez les souris carencées (figure 4b). Néanmoins, ce constat n’est pas observé dans les neurones épineux moyens-D2.
Ces résultats signifient que pour une même intensité de stimulation des fibres glutamatergiques, la probabilité d'induire un potentiel d’action dans les neurones épineux moyens-D1 de souris carencées en oméga-3 est plus faible.
Quels pourraient-être les mécanismes responsables de la diminution de l'excitabilité des neurones épineux moyens-D1 ?
Figure 4a : Schéma du dispositif expérimental de stimulation des fibres glutamatergiques corticales et d’enregistrement des neurones épineux moyens du noyau accumbens, sur une coupe sagittale de cerveau de rat adulte
Figure 4b : Probabilité qu’un potentiel postsynaptique excitateur évoqué (induit par stimulation des fibres glutamatergiques) induise un potentiel d’action dans les neurones épineux moyens-D1 de souris contrôles (bleu) et carencées en oméga-3 (rouge)
B) Les neurones épineux moyens-D2 sur-inhibent les neurones épineux moyens-D1
Ces résultats suggèrent qu’il existe une augmentation de la transmission GABAergique au niveau des neurones épineux moyens-D1.
De récentes publications ont démontré que les neurones épineux moyens-D2 projetaient non seulement sur les neurones du pallidum ventral mais également sur les neurones épineux moyens-D1 (Dobbs et al., 2016; Lemos et al., 2016). Les neurones épineux moyens-D2 étant des neurones GABAergiques, ils inhiberaient l’activité des neurones épineux moyens-D1 qui sont pro-motivationnels. Les auteurs ont donc émis l’hypothèse qu’à l’état actif, les neurones-épineux moyens-D2 présentent une suractivité inhibitrice sur les neurones épineux moyens-D1 due à la carence nutritionnelle en oméga-3.
Les résultats montrent que chez les souris carencées, l’ajout de quinpirole restaure l’excitabilité des neurones épineux moyens-D1 (figure 4d) et restaure la fréquence des courants postsynaptiques inhibiteurs évoqués (sIPSC) (figure 4e). Des résultats identiques ont été révélés suite à l’expression, dans les neurones épineux moyens-D2, d’une DREADD (récepteur artificiel membranaire) couplée à une protéine G inhibitrice (ligand CNO). Ce récepteur artificiel va spécifiquement être exprimé dans les neurones épineux moyens-D2 et induire, suite à son activation, une inhibition de ces mêmes neurones. Cette expérience annexe permet d'assurer que les résultats relevés figures 4d et 4e sont bien spécifiques de l’activité des neurones épineux moyens-D2.
Les résultats liés à l'utilisation du quinpirole suggèrent que les neurones épineux moyens-D1 sont plus fortement inhibés par les neurones épineux moyens-D2 quand les souris sont carencées en oméga-3. La composition membranaire des neurones épineux moyens, et plus particulièrement des neurones épineux moyens-D2, étant potentiellement altérée par la carence en oméga-3, les auteurs ont émis l’hypothèse suivante : la restauration de la composition lipidique membranaire des neurones épineux moyens-D2 en oméga-3, rétablie leur activité inhibitrice contrôle, ce qui restaure l’excitabilité des neurones épineux moyens-D1.
Figure 4c : Fréquence des courants postsynaptiques inhibiteurs évoqués dans les neurones épineux moyens-D1 de souris contrôles (bleu) et carencées en oméga-3 (rouge), suite à la stimulation des fibres afférentes glutamatergiques
Figure 4d : Probabilité qu’un potentiel postsynaptique excitateur évoqué (induit par stimulation des fibres glutamatergiques) induise un potentiel d’action dans les neurones épineux moyens-D1 de souris contrôles (bleu) et carencées en oméga-3 (rouge), avec (bleu clair) ou sans (rose) ajout de quinpirole
Figure 4e : Fréquence des courants postsynaptiques inhibiteurs évoqués dans les neurones épineux moyens-D1 de souris contrôles (bleu) et carencées en oméga-3 (rouge), avant et après ajout de quinpirole
V) La restauration de la composition lipidique membranaire des neurones épineux moyens-D2 restaure l’excitabilité des neurones épineux moyens-D1
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Les résultats montrent que l’excitabilité (figure 5a) et la fréquence des courants postsynaptiques inhibiteurs évoqués (figure 5b) dans les neurones épineux moyens-D1 sont restaurées chez les souris carencées, lorsque les neurones épineux moyens-D2 expriment l’enzyme FAT1 et la Cre-recombinase.
Ces résultats suggèrent que la carence nutritionnelle en oméga-3 dès la gestation chez la souris, altère l’intégrité de la membrane plasmique des neurones épineux moyens-D2, mais qu’une restauration de celle-ci permet aux neurones épineux moyens-D1 de retrouver une excitabilité contrôle.
Cependant, est-ce que la restauration de l’excitabilité des neurones épineux moyens-D1 suffit à prévenir le déficit motivationnel des souris adultes carencées en oméga-3 ?
Figure 5a : Probabilité qu’un potentiel postsynaptique excitateur évoqué (induit par stimulation des fibres glutamatergiques) induise un potentiel d’action dans les neurones épineux moyens-D1 de souris contrôles : n’exprimant ni FAT1 ni la Cre-recombinase (bleu) et exprimant FAT1 et la Cre-recombinase (bleu clair) ; ainsi que dans les neurones épineux moyens-D1 de souris carencées en oméga-3 : n’exprimant ni FAT1 ni la Cre-recombinase (rouge) et exprimant FAT1 et la Cre-recombinase (rose)
Figure 5b : Fréquence des courants postsynaptiques inhibiteurs évoqués dans les neurones épineux moyens-D1 de souris contrôles : n’exprimant ni FAT1 ni la Cre-recombinase (bleu) et exprimant FAT1 et la Cre-recombinase (bleu clair) ; ainsi que dans les neurones épineux moyens-D1 de souris carencées en oméga-3 : n’exprimant ni FAT1 ni la Cre-recombinase (rouge) et exprimant FAT1 et la Cre-recombinase (rose)
VI) La restauration lipidique de la membrane plasmique des neurones épineux moyens-D2 est nécessaire et suffisante à la prévention d’un déficit motivationnel dû à une carence en oméga-3
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Afin de répondre à cette question, les auteurs ont testé la motivation de la lignée de souris carencées D2-Cre/iFAT1 (voir vidéo synthèse) dans un test de ratio progressif (PRX2). Cette lignée de souris exprime l’enzyme FAT1 dans les neurones épineux moyens-D2 .
Les résultats figure 6a montrent que les souris carencées qui expriment l’enzyme FAT1 dans les neurones épineux moyens-D2 (FAT1+/Cre+), présentent une durée de session significativement plus élevée que celle des groupes de souris n’exprimant pas (FAT1-/Cre- et FAT1-/Cre+) ou ne pouvant pas exprimer l'enzyme FAT1 (FAT1+/Cre-). De plus, l'expression de FAT1 dans les neurones épineux moyens-D2 de souris sous régime contrôle, ne modifie pas leurs performances au test (figure 6b). Enfin, une expérience complémentaire a montré que l’expression de l’enzyme FAT1 dans les neurones épineux moyens-D1 n’induisait aucune modification de la durée de session (figure non représentée).
Ces résultats suggèrent que la restauration de la composition lipidique membranaire des neurones épineux moyens-D2 est suffisante à la restauration de l’excitabilité des neurones épineux moyens-D1, et suffit à prévenir le déficit motivationnel des souris adultes carencées en oméga-3.
Figure 6a : Durée de sessions à un test de ratio progressif des souris du groupe carencé en oméga-3 : ne possédant ni le gène fat1 ni le gène cre dans leur génome (FAT-/Cre-) ; exprimant FAT1 (FAT1+/Cre+) ; ne possédant pas le gène fat1 dans leur génome mais exprimant la Cre-recombinase (FAT1-/Cre+) ; possédant le gène fat1 mais ne possédant pas le gène cre dans leur génome (FAT1+/Cre-)
Figure 6b : Durée de sessions à un test de ratio progressif des souris du groupe contrôle : possédant le gène fat1 mais ne possédant pas le gène cre dans leur génome (FAT1+/Cre-) ; exprimant FAT1 (FAT1+/Cre+)
Conclusion :
Les auteurs ont montré chez la souris qu'une carence nutritionnelle en oméga-3 dès la gestation, induisait à l'âge adulte un déficit motivationnel. Ce déficit semble être corrélé à une augmentation de l'activité inhibitrice des neurones épineux moyens-D2 sur les neurones épineux moyens-D1 du noyau accumbens.
Les auteurs ont également démontré que l'utilisation d'une lignée de souris carencée en oméga-3, exprimant une enzyme de conversion des oméga-6 en oméga-3 (FAT1) spécifiquement dans les neurones exprimant le récepteur dopaminergique D2 (lignée D2-Cre/iFAT1), permettait de rétablir l'activité inhibitrice contrôle des neurones épineux moyens-D2 sur les neurones épineux moyens-D1 et ainsi prévenir le déficit motivationnel engendré par la carence.
Enfin, cet article a permis d'établir un lien causal entre une altération de la composition lipidique de neurones spécifiques (neurones épineux moyens-D2) et un déficit motivationnel, chez des souris carencées en oméga-3 durant le développement ; suggérant qu'une diminution des taux biologiques en acides gras polyinsaturés oméga-3 pourrait participer à l'altération des processus motivationnels dans certains troubles psychiatriques comme la schizophrénie, la bipolarité ou encore la dépression.
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