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24 août 2019

Effet de l'acide propionique sur la morphologie de l'amygdale chez des rats mâles adolescents et sur leur comportement

Aperçu: G.M.
Le trouble du spectre de l'autisme est un groupe de syndromes de développement permanents, caractérisés par un comportement stéréotypique, restreints des déficits de communication, des déficiences cognitives et sociales. 
Le trouble du spectre de l'autisme est un état héréditaire, soutenu par les mutations de gènes bien ; Cependant, il est de plus en plus accepté que la plupart de ces conditions résultent d'une interaction complexe entre le profil génétique de l'individu et l'environnement auquel il est exposé. Le microbiote intestinal joue l'un des rôles centraux dans l'étiologie de l'autisme. L'acide propionique est l'un des acides gras à chaîne courte les plus abondants, fabriqué par les bactéries entériques. L'acide propionique a de nombreuses fonctions positives et joue le rôle de principal médiateur entre la nutrition, le microbiote intestinal et la physiologie cérébrale. Cependant, l'augmentation du niveau d'acide propionique est associée à diverses pathologies neurologiques, notamment l'autisme. Certains types d'autisme pourraient être partiellement liés à des modifications du métabolisme de l'acide propionique. L'amygdale, composant principal du cerveau social, via ses grandes interconnexions avec le système neural fronto-limbique, joue l'un des rôles clés dans les communications sociales, la mémoire émotionnelle et le traitement des émotions. 
Le comportement social est un sujet brûlant dans la recherche sur l'autisme. En ce qui concerne l’anxiété, ce n’est pas la caractéristique principale du TSA, mais l’une des plus communes de ses comorbidités. Plusieurs raisons théoriques compatibles avec le dysfonctionnement de l'amygdale ont été suggérées pour expliquer les perturbations socio-émotionnelles de l'autisme. 
Dans la présente étude, utilisant des rats Wistar mâles adolescents, l'effet de l'administration aiguë d'une faible dose d'acide propionique sur le comportement social, le comportement de type anxiété et la structure / ultrastructure du noyau central de l'amygdale a été décrit. Outre l'analyse qualitative, une analyse quantitative de certains paramètres des synapses a été réalisée au niveau de la microscopie électronique. Le comportement a été évalué 2, 24 et 48 heures après le traitement. 
Les résultats ont révélé que même une dose unique et relativement faible d'acide propionique suffit à produire une diminution rapide et relativement durable (48 h après le traitement) de la motivation sociale, alors que la motivation sociale et la sphère émotionnelle ne sont pas affectées. Les analyses morphologiques du cerveau traité à l'acide propionique ont révélé le nombre réduit de neurones et l'augmentation du nombre de cellules gliales. Au microscope électronique, des signes d'apoptose et de chromatolyse ont été détectés dans certains neurones. Les altérations gliales étaient plus courantes. En particulier, l'activation des astrocytes et de la microglie était souvent observée. La glie péricapillaire était la plus changée. Les mitochondries neuronales, gliales et présynaptiques ont montré des différences structurelles substantielles, principalement en termes de taille et de forme. Le nombre total de la zone de profil présynaptique était significativement diminué. Certains axones étaient modérément démyélinisés. 
En général, les données indiquent que même une faible dose d'acide propionique provoque chez les rongeurs adolescents des modifications immédiates du comportement social et des modifications structurelles / ultrastructurales de l'amygdale. Les altérations ultrastructurales peuvent refléter des modifications modérées dans les réseaux fonctionnels du cerveau social.

2019 Aug 6;125:102732. doi: 10.1016/j.micron.2019.102732.

Effect of propionic acid on the morphology of the amygdala in adolescent male rats and their behavior

Author information

1
School of Natural Sciences and Medicine, Ilia State University, 3/5 K. Cholokashvili venue, 0162 Tbilisi, Georgia; Department of Brain Ultrastructure and Nanoarchitecture. I. Beritashvili Center of Experimental Biomedicine. 14 Gotua Street, 0160 Tbilisi, Georgia.
2
School of Natural Sciences and Medicine, Ilia State University, 3/5 K. Cholokashvili venue, 0162 Tbilisi, Georgia; Department of Brain Ultrastructure and Nanoarchitecture. I. Beritashvili Center of Experimental Biomedicine. 14 Gotua Street, 0160 Tbilisi, Georgia. Electronic address: mzia_zhvania@iliauni.edu.ge.
3
Department of Brain Ultrastructure and Nanoarchitecture. I. Beritashvili Center of Experimental Biomedicine. 14 Gotua Street, 0160 Tbilisi, Georgia; New Vision University, 1A EvgeniMikeladze Street, 0159 Tbilisi, Georgia.
4
Azerbaijan Medical University, 23 Bakikhanov Street, 1022 Baku, Azerbaijan.

Abstract

Autism spectrum disorder is a group of life-long developmental syndromes, characterized by stereotypic behavior, restricted, communication deficits, cognitive and social impairments. Autism spectrum disorder is heritable state, provided by the mutations of well-conserved genes; however, it has been increasingly accepted, that most of such states are the result of complex interaction between individual's genetic profile and the environment that he/she is exposed to. Gut microbiota plays one of the central roles in the etiology of autism. Propionic acid is one of the most abundant short-chain fatty acids, made by enteric bacteria. Propionic acid has many positive functions and acts as the main mediator between nutrition, gut microbiota and brain physiology. However, increased level of propionic acid is associated with various neurological pathologies, including autism. It is proposed that some types of autism might be partially related with alterations in propionic acid metabolism. The amygdala, the main component of social brain, via its large interconnections with fronto-limbic neural system, plays one of the key roles in social communications, emotional memory and emotional processing. Social behavior is a hot topic in autism research. As to anxiety, it is not the main characteristics of ASD, but represents one of the most common its co morbidities. Several theoretical reasons compatible with amygdala dysfunction have been suggested to account for socio-emotional disturbances in autism. In the present study, using adolescent male Wistar rats, the effect of acute administration of low dose of propionic acid on social behavior, anxiety-like behavior and the structure/ultrastructure of central nucleus of amygdale was described. In addition to qualitative analysis, on electron microscopic level the quantitative analysis of some parameters of synapses was performed. Behavior was assessed 2, 24 and 48 hours after treatment. The results revealed that even single and relatively low dose of propionic acid is sufficient to produce fast and relatively long lasting (48 h after treatment) decrease of social motivation, whereas asocial motivation and emotional sphere remain unaffected. Morphological analyses of propionic acid-treated brain revealed the reduced neuron number and the increase of the number of glial cells. Electron microscopically, in some neurons the signs of apoptosis and chromatolysis were detected. Glial alterations were more common. Particularly, the activation of astrocytes and microglia were often observed. Pericapillary glia was the most changed. Neuronal, glial and presynaptic mitochondria showed substantial structural diversities, mainly in terms of size and form. Total number of the area of presynaptic profile was significantly decreased. Some axons were moderately demyelinated. In general, the data indicate that even low dose of propionic acid produces in adolescent rodents immediate changes in social behavior, and structural/ultrastructural alterations in amygdala. Ultrastructural alterations may reflect moderate modifications in functional networks of social brain.
PMID:31437571
DOI:10.1016/j.micron.2019.102732

18 février 2018

Caractéristiques physiopathologiques et neurocomportementales d'un modèle de rat autistique médié par l'acide propionique

Aperçu: G.M.
Le "trouble du spectre de l'autisme" (TSA) est induit par des facteurs héréditaires et environnementaux complexes. Cependant, les mécanismes du développement des TSA sont mal compris. Le but de cette étude était d'identifier des indicateurs standard de cette condition en comparant les caractéristiques cliniques, physiopathologiques et neurocomportementales dans un modèle animal de l'autisme. Un total de 22 rats mâles Sprague-Dawley ont été divisés au hasard en groupes témoins traités avec 500 mg / kg d'acide propionique (PPA). Les rats ont été soumis à des tests comportementaux, à des analyses d'expression génique et à des analyses histologiques pour détecter des altérations physiopathologiques et neurocomportementales. L'activité exploratrice et le comportement non agressif ont été significativement réduits chez les rats traités au PPA, tandis qu'un comportement agressif accru lors des interactions adjacentes a été observé au jour 14 après l'administration du PPA. Pour évaluer l'expression des gènes après l'administration de PPA, l'équipe a analysé le tissu de l'hippocampe. La protéine acide fibrillaire gliale a été augmentée dans le groupe traité au PPA au jour 14 après l'apparition de comportements de type TSA par administration de PPA, tandis que l'expression du facteur de transcription 4 liant l'octamère était significativement diminuée dans le groupe traité au PPA. L'évaluation histologique a révélé une réduction significative du diamètre et de l'épaisseur de la couche de cellules granulaires chez les rats traités au PPA comparativement aux rats témoins. 
Les chercheurs concluent que l'administration de PPA induit une organisation anormale des cellules nerveuses, qui peut avoir conduit à des comportements neurologiques de type autistique, y compris un comportement agressif accru, une activité exploratoire réduite et des comportements d'isolement et de passivité.


PLoS One. 2018 Feb 15;13(2):e0192925. doi: 10.1371/journal.pone.0192925. eCollection 2018.

Pathophysiological and neurobehavioral characteristics of a propionic acid-mediated autism-like rat model

Choi J1,2,3, Lee S1,2,3, Won J1,2,3, Jin Y1,2,3, Hong Y1,2,3,4, Hur TY5, Kim JH6, Lee SR7, Hong Y1,2,3,4.

Author information

1
Department of Rehabilitation Science, Graduate School of Inje University, Gimhae, Korea.
2
Biohealth Products Research Center (BPRC), Inje University, Gimhae, Korea.
3
Ubiquitous Healthcare & Anti-aging Research Center (u-HARC), Inje University, Gimhae, Korea.
4
Department of Physical Therapy, College of Healthcare Medical Science & Engineering, Inje University, Gimhae, Korea.
5
Animal Biotechnology Division, National Institute of Animal Science, Wanju, Korea.
6
Institute of Animal Medicine, College of Veterinary Medicine, Gyeongsang National University, Jinju, Korea.
7
National Primate Research Center (NPRC), Korea Research Institute of Bioscience and Biotechnology (KRIBB), Ochang, Korea.

Abstract

Autism spectrum disorder (ASD) is induced by complex hereditary and environmental factors. However, the mechanisms of ASD development are poorly understood. The purpose of this study was to identify standard indicators of this condition by comparing clinical, pathophysiological, and neurobehavioral features in an autism-like animal model. A total of 22 male Sprague-Dawley rats were randomly divided into control and 500 mg/kg propionic acid (PPA)-treated groups. Rats were subjected to behavioral tests, gene expression analyses, and histological analyses to detect pathophysiological and neurobehavioral alterations. Exploratory activity and non-aggressive behavior were significantly reduced in PPA-treated rats, whereas enhanced aggressive behavior during adjacent interactions was observed on day 14 after PPA administration. To evaluate gene expression after PPA administration, we analyzed hippocampal tissue using reverse transcription PCR. Glial fibrillary acidic protein was augmented in the PPA-treated group on day 14 after appearance of ASD-like behaviors by PPA administration, whereas octamer-binding transcription factor 4 expression was significantly decreased in the PPA-treated group. Histological evaluation revealed significantly reduced diameter and layer thickness of granule cells in PPA-treated rats compared with control rats. We conclude that PPA administration induced abnormal neural cell organization, which may have led to autism-like neurobehaviors, including increased aggressive behavior, reduced exploratory activity, and isolative and passive behaviors.
PMID:29447237
DOI:10.1371/journal.pone.0192925

25 mai 2017

L'excitotoxicité du glutamate induite par l'acide propionique administré par voie orale, un acide gras à chaîne courte peut être améliorée par le pollen d'abeille

Aperçu: G.M.
Les modèles de rongeurs peuvent guider les recherches visant à identifier soit des neuro-toxiques environnementaux, soit des médicaments ayant des effets neuro-thérapeutiques.Ce travail vise à étudier les effets thérapeutiques du pollen d'abeille sur l'excitotoxicité du glutamate cérébral et le l'altération du circuit glutamine-glutamate-gamma amy-butyrique (GABA) induit par l'acide propionique (PPA), un acide gras à chaîne courte, chez les petits de rat
Les résultats ont montré que le PPA a provoqué de multiples signes d'excitotoxicité, mesurés par l'élévation du glutamate et du ratio glutamate / glutamine et la diminution de GABA, de la glutamine et du ratio GABA / glutamate. Le pollen d'abeille a été efficace pour contrer les effets neurotoxiques de la PPA dans une certaine mesure.En conclusion, le pollen d'abeille démontre des effets d'amélioration sur l'excitotoxicité du glutamate et sur l'altération du circuit glutamine-glutamate-GABA comme deux mécanismes étiologiques dans la neurotoxicité induite par le PPA.


Lipids Health Dis. 2017 May 22;16(1):96. doi: 10.1186/s12944-017-0485-7.

Glutamate excitotoxicity induced by orally administered propionic acid, a short chain fatty acid can be ameliorated by bee pollen

Author information

1
Central Laboratory, Female Center for Medical Studies and Scientific Section, King Saud University, Riyadh, Saudi Arabia. afafkelansary@gmail.com.
2
Autism Research and Treatment Center, Riyadh, Saudi Arabia. afafkelansary@gmail.com.
3
Shaik AL-Amodi Autism Research Chair, King Saud University, Riyadh, Saudi Arabia. afafkelansary@gmail.com.
4
Medicinal Chemistry Department, National Research Centre, Dokki, Cairo, Egypt. afafkelansary@gmail.com.
5
Department of Pharmaceutical Chemistry, College of Pharmacy, King Saud University, Riyadh, Saudi Arabia.
6
Central Laboratory, Female Center for Medical Studies and Scientific Section, King Saud University, Riyadh, Saudi Arabia.
7
Department of Biochemistry, Science College, King Saud University, Riyadh, Saudi Arabia.

Abstract

BACKGROUND:

Rodent models may guide investigations towards identifying either environmental neuro-toxicants or drugs with neuro-therapeutic effects. This work aims to study the therapeutic effects of bee pollen on brain glutamate excitotoxicity and the impaired glutamine-glutamate- gamma amino butyric acid (GABA) circuit induced by propionic acid (PPA), a short chain fatty acid, in rat pups.

METHODS:

Twenty-four young male Western Albino rats 3-4 weeks of age, and 45-60 g body weight were enrolled in the present study. They were grouped into four equal groups: Group 1, the control received phosphate buffered saline at the same time of PPA adminstration; Group 2, received 750 mg/kg body weight divided into 3 equal daily doses and served as acute neurotoxic dose of PPA; Group 3, received 750 mg/kg body weight divided in 10 equal doses of 75 mg/kg body weight/day, and served as the sub-acute group; and Group 4, the therapeutic group, was treated with bee pollen (50 mg/kg body weight) for 30 days after acute PPA intoxication. GABA, glutamate and glutamine were measured in the brain homogenates of the four groups.

RESULTS:

The results showed that PPA caused multiple signs of excitotoxicity, as measured by the elevation of glutamate and the glutamate/glutamine ratio and the decrease of GABA, glutamine and the GABA/glutamate ratio. Bee pollen was effective in counteracting the neurotoxic effects of PPA to a certain extent.

CONCLUSION:

In conclusion, bee pollen demonstrates ameliorating effects on glutamate excitotoxicity and the impaired glutamine-glutamate-GABA circuit as two etiological mechanisms in PPA-induced neurotoxicity.

PMID: 28532421
DOI: 10.1186/s12944-017-0485-7