Characterization of the cytoprotective activities of molecules used in the treatment of multiple sclerosis (dimethyl fumarate, monomethyl fumarate, biotin) on 158N oligodendrocytes : impact on oxidative stress, mitochondrial status, lipid status, apop
Caractérisation des activités cytoprotectrices de molécules utilisées dans le traitement de la sclérose en plaques (diméthyle fumarate, monométhyle fumarate, biotine) sur des oligodendrocytes 158N : impact sur le stress oxydant, le statut mitochondrial, le statut lipidique, l’apoptose et l’autophagie
Résumé
Oxidative stress, mitochondrial dysfunction, and alterations in lipid metabolism are a common denominator of neurodegenerative diseases (MN), such as multiple sclerosis (MS). Under oxidative stress conditions, excess cholesterol is removed by oxidation, producing oxysterols. In humans, the 7β-hydroxycholesterol (7β-OHC) is often found at increased levels in the cerebrospinal fluid (CSF) and/or plasma of patients with MN, including MS.In this context, a preliminary clinical study on CSF and plasma of patients with RR MS was carried out to search for lipid metabolism and oxidative stress biomarkers and to determine the possible correlations between 7β-OHC and the different mechanisms associated with the MS pathogenesis. An in vitro study was conducted to evaluate the biological activities of three molecules used in the treatment of MS, dimethyl fumarate (DMF) and its major metabolite, monomethyl fumarate (MMF), and biotin on 158N murine oligodendrocytes, and to determine their cytoprotective potentialities by focusing on their ability to oppose the toxicity of 7β-OHC. For this, spectrophotometric, analytical and molecular biology techniques were used.Our results have shown an increased level of HODE associated with an enhancement of oxysterol levels in the plasma, notably 7KC and 7β-OHC, as well an alteration in fatty acid metabolism in the CSF and plasma of patients with SEP. The in vitro study revealed that DMF, MMF, and biotin can counteract the deleterious effects of 7β-OHC namely; cell death by oxiapoptophagy defined by the association of apoptosis, autophagy and oxidative stress. Moreover, these molecules correct the structural modifications and the disequilibrium of the redox status characterized by an overproduction of radical oxygen species, an increased activity of the principal antioxidant enzymes and an amplification of the macromolecules oxidation induced by the 7β- OHC. They also attenuate the mitochondrial and peroxisomal dysfunctions, the alterations of myelin protein expression as well as the lipid profile disorder induced by 7β-OHC.Our study provides arguments in favor of the ability of DMF, MMF, and biotin, to attenuate the major events associated with the death of oligodendrocytes which could contribute to demyelination. This reinforces the interest in these molecules for the treatment of neurodegenerative diseases including MS.
Le stress oxydant, les dysfonctions mitochondriaux et les altérations du métabolisme lipidique sont un dénominateur commun des maladies neurodégénératives (MN), comme la sclérose en plaques (SEP). Dans les conditions du stress oxydant, l’excès du cholestérol est éliminé par oxydation, produisant des oxystérols. Chez l'homme, le taux du 7β-hydroxycholestérol (7β-OHC) est souvent trouvé à des taux élevés dans le liquide céphalo-rachidien (LCR) et/ ou le plasma de patients atteints de MN, notamment la SEP.Dans ce contexte, une étude clinique préliminaire sur le LCR et le plasma de patients atteints de SEP RR a été réalisée dans le but de rechercher des biomarqueurs du métabolisme lipidique et du stress oxydant et de déterminer d‘éventuelles corrélations entre le 7β-OHC et les différents mécanismes associés à la pathogenèse de la SEP. Une étude in vitro a été réalisée afin d’évaluer les activités biologiques de trois molécules utilisées dans le traitement de la SEP, le diméthyle fumarate (DMF) et son métabolite le monométhyle fumarate (MMF), et la biotine sur des oligodendrocytes murins 158N, et à déterminer leurs potentialités cytoprotectrices en se focalisant sur leurs capacités à s’opposer à la toxicité du 7β-OHC. Pour cela, des techniques spectrophotométriques, analytiques et de biologies moléculaires ont été utilisées.Nos résultats ont révélé une augmentation du taux de HODE associée à une augmentation du taux plasmatiques d’oxystérols, notamment 7KC et 7β-OHC, ainsi qu’une altération du métabolisme d’acides gras au niveau du LCR et du plasma des patients atteints de SEP. L’étude in vitro a montré que le DMF, le MMF et la biotine présentent des capacités à atténuer les effets délétères du 7β-OHC à savoir; la mort cellulaire par oxiapoptophagie définie par l’association de l’apoptose, l’autophagie et le stress oxydant. De plus, ces molécules corrigent les modifications structurales et le déséquilibre du statut redox caractérisé par une surproduction d’espèces radicalaires d’oxygène, une activité accrue des principales enzymes anti-oxydantes et une amplification de l'oxydation de macromolécules induites par le 7β-OHC. Elles atténuent également les dysfonctionnements mitochondriaux et péroxysomaux, les altérations de l’expression de protéines de myéline ainsi que le désordre du profil lipidique, induits par le 7β-OHC.Notre étude apporte des arguments en faveurs de la capacité du DMF, du MMF et de la biotine, à atténuer les phénomènes majeurs associés à la mort des oligodendrocytes qui pourraient contribuer à la démyélinisation. Ceci renforce l'intérêt porté à ces molécules pour le traitement des maladies neurodégénératives incluant la SEP.
Origine : Version validée par le jury (STAR)
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