DHA (omega-3 fatty acid) and estradiol: key roles in regional cerebral glucose uptake

Neurons have a high energy need, requiring a continuous supply of glucose from the blood. Tight regulation of glucose metabolism in response to stimuli is essential for brain physiology. Glucose metabolism and cerebral blood flow are closely coordinated during neuronal activity to maintain proper brain function. Glucose uptake across the blood-brain barrier is facilitated by a carrier protein: the GLUT-1 transporter. The first way the body meets urgent demand for glucose is to increase the blood flow through vasodilatory responses generated by nitric oxide. If that is insufficient, the second way is to increase the density of GLUT-1 through the translocation of this transporter from intracellular stores. The third pathway is to increase GLUT-1 synthesis by stimulating SLC2A1 (GLUT-1 gene) transcription. A tandem of two key molecules, free estradiol and DHA, is involved in this critical regulation. Their relationship is synergistic and reciprocal: free estradiol with genomic and non-genomic actions via ER alpha, and DHA via the PPAR alpha-RXR alpha and PPAR gamma-RXR alpha heterodimers. We highlight several original mechanisms linking two main principles (neuronal stimulation and brain energy metabolism) with the fundamental roles played by DHA and free estradiol. In particular, it has been shown that from a certain level of chronic DHA deficiency, a permanent imbalance sets in with disturbances in glucose intake and brain metabolism. This DHA deficiency is an aggravating factor in some neuropathologies. Dans le cerveau, les neurones presentent la plus forte demande energetique et necessitent un apport continu de glucose par le sang. Une regulation etroite du metabolisme du glucose, en reponse a des stimuli, est essentielle. Au cours de l'activite neuronale, le metabolisme du glucose et le flux sanguin cerebral sont etroitement coordonnes pour maintenir une fonction cerebrale appropriee. L'absorption du glucose a travers la barriere hemato-encephalique est facilitee par le transporteur GLUT-1. La premiere facon de repondre aux demandes urgentes de glucose est d'augmenter le flux sanguin par le biais d'actions vasodilatatrices generees par le monoxyde d'azote. La deuxieme consiste a augmenter la densite de GLUT-1 par translocation de ce transporteur a partir des reserves intracellulaires. La troisieme consiste a augmenter la synthese du GLUT-1 en stimulant la transcription du SLC2A1 (GLUT-1 gene). Un tandem de deux molecules cles, l'estradiol libre et le DHA, est implique dans cette regulation. Leur interrelation est synergique et reciproque : l'estradiol libre avec des actions genomiques et non genomiques via ER alpha, et le DHA via les heterodimeres PPAR alpha-RXR alpha et PPAR gamma-RXR alpha. Avec cet article, nous mettons en evidence plusieurs mecanismes originaux reliant deux grands principes : la stimulation neuronale et le metabolisme energetique cerebral, avec les roles fondamentaux joues par le DHA et l'estradiol libre. En particulier, il montre qu'a partir d'un certain niveau de carence chronique en DHA, un desequilibre permanent s'installe avec une perturbation de l'apport en glucose et du metabolisme cerebral. Cette carence en DHA est un facteur aggravant de certaines neuropathologies.