Complex cellular and molecular events occur in the neurovascular unit after acute brain in- jury such as ischemic stroke or traumatic brain injury (TBI) that contribute to neuronal death, neurological deterioration and mortality. Caveolin-1 (Cav-1) is found in the brain, mainly in endothelial cells and has a dual mode of action associated with 1) caveolae formation (involved in endocytosis and transcytosis) and 2) modulation of signalling pathways through its scaf- folding domain. Although evidence points to Cav-1 as an important player in the context of neurovascular unit dysfunction and there is some evidence that Cav-1 may have a beneficial effect after stroke, its role after acute brain injury is still controversial.
The goal of this work was to investigate the role of Cav-1 in the acute phase of ischemic stroke and TBI using experimental mouse models combining molecular and behavioural eval- uations. Moreover, the effect of CavAP, a cell-permeable peptide containing the scaffolding domain of Cav-1 has never been investigated in vivo in models of acute brain injury. A further goal was to explore the potential protective effect of CavAP using transient Middle Cerebral Artery Occlusion (tMCAO) in mice.
We first compared wild type (WT) and genetically-modified Cav-1 Knock-out (Cav-1 KO) mice after tMCAO and TBI. Outcome measures including lesion volume, behavioral tests (neu- roscore, Rotarod, adhesive removal test), and immunofluorescence staining were collected at various timepoints and up to 7 days post injury (dpi). We then performed blinded and random- ized intraperitoneal (IP) and intracerebroventricular (ICV) injections of CavAP or scrambled control peptide 3 hours after reperfusion and evaluated the same outcome measures as above.
After stroke, Cav-1 expression was increased in new blood vessels within the lesion at 3 dpi and we showed for the first time presence of Cav-1 in reactive astrocytes in the perilesional area in adult animals. Cav-1 KO mice exhibited larger lesions, worse behavioral scores, reduced angiogenesis and modified astrogliosis compared to WT mice. We observed similar results after TBI, using the closed head impact model. In the CavAP peptide experiments, mice injected with CavAP after MCAO performed better in behavioral tests and displayed some features of neuroprotection compared to mice treated with the control peptide. In particular, CavAP seems to be involved in angiogenesis in the ischemic lesion and changes in the expression of vascular endothelial growth factor (VEGF) A - VEGFR2 and PDGFR-β were observed.
Altogether, these results point towards a protective role of endogenous Cav-1 in the first days after acute brain injury possibly by promoting angiogenesis and astrogliosis. A single injection either ICV or IP of CavAP may facilitate the post-stroke recovery. The precise mech- anism of action of the peptide awaits further investigation however it appears that angiogenesis via the VEGF-A VEGFR2 and VEGF-A PDGFR-β pathways plays a role.
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L’unité neurovasculaire est le lieu d’événements moléculaires et cellulaires complexes lors de lésions cérébrales aiguës comme les accidents vasculaires cérébraux (AVC) de nature ischémique et les traumatismes crâniens. Ces événements contribuent à la mort neuronales, la détérioration neurologique et la mortalité. Caveolin-1 (Cav-1), protéine présente dans le cerveau, principale- ment dans les cellules endothéliales, a un double mode d’action associé avec 1) la formation des caveolae (impliquées dans les phénomènes d’endocytose et de transcytose) et 2) la modulation des voies de signalisation avec son domaine d’échaffaudage. Bien que Cav-1 soit susceptible d’être importante dans le contexte du dysfonctionnement de l’unité neurovasculaire, son rôle après lésion cérébrale aiguë est encore controversé.
Le but de ce travail était d’étudier le rôle de Cav-1 dans la phase aiguë de l’AVC ischémique et du traumatisme crânien dans des modèles murins et en combinant des mesures moleculaires et comportementales. De plus, l’effet de CavAP, un peptide perméable aux cellules contenant le domaine d’échaffaudage de Cav-1 n’a jamais été étudié in vivo dans des modèles de lésions cérébrales aiguës. Un second but était donc d’explorer le potentiel effet protecteur de CavAP dans un modèle d’occlusion transitoire de l’artère cérébrale moyenne (OACM) chez la souris.
Nous avons d’abord comparé des souris de type sauvage (WT) et des souris génétiquement modifiées pour Cav-1 (Cav-1 KO) après OACM et un modèle de traumatisme crânien. Dif- férentes mesures comprenant le volume de la lésion, des tests comportementaux (neuroscore, Rotarod, test des adhésifs) et immunofluorescence ont été recueillies à divers temps et jusqu’à 7 jours après la lésion. Nous avons ensuite effectué des injections intraperitonéales (IP) et in- tracérébroventriculaires (ICV) de CavAP ou du peptide contrôle 3 heures après la reperfusion puis répété les mesures.
Après AVC, l’expression de Cav-1 a augmenté dans les nouveaux vaisseaux sanguins dans la lésion et nous avons montré pour la première fois sa présence dans les astrocytes réactifs en bordure de la lésion ischémique. Les souris Cav-1 KO présentaient des lésions plus volu- mineuses, des scores comportementaux détériorés, une angiogénèse réduite et une astrogliose modifiée par rapport aux souris WT. Nous avons observé des résultats similaires après le modèle de traumatisme crânien d’impact sur tête de la souris. Dans l’expérience avec les peptides, les souris injectées avec le CavAP ont mieux récupéré dans les tests comportementaux et ont mon- tré des caractéristiques de neuroprotection en comparaison des souris traitées avec le peptide contrôle. En particulier, CavAP semble être impliqué dans la formation de nouveaux vaisseaux sanguins dans la lésion ischémique et des changements dans l’expression de VEGF-A, VEGFR2 et PDGFR-β ont été observés.
Dans l’ensemble, ces résultats indiquent un potentiel rôle protecteur de Cav-1 endogène dans les premiers jours suivant une lésion cérébrale en favorisant à la fois l’angiogénèse et l’astrogliose, et une seule injection de CavAP a facilité la récupération après le modèle d’AVC chez la souris. Le mécanisme d’action précis du peptide nécessite plus d’études, mais il semble que le phénomène d’angiogénèse par les voies de signalisation VEGF-A - VEGFR2 et VEGF-A
- PDGFR-β soit impliqué.