Dans une étude récente publiée dans Natureles chercheurs ont étudié si la gliotransmission glutamatergique était médiée par des astrocytes spécialisés dans le système nerveux central.
Le rôle des astrocytes dans le fonctionnement des circuits cérébraux, comme la libération rapide de glutamate, a été remis en question en raison de données incohérentes et du manque de preuves directes. Ce mécanisme, semblable aux neurones, contrôle la plasticité, l’excitabilité et l’activité coordonnée des réseaux de type synaptique, mais contribue également aux troubles neuropsychiatriques.
À propos de l’étude
Dans la présente étude, le concept d’exocytose du glutamate des astrocytes a été révisé par les chercheurs en tenant compte de l’hétérogénéité moléculaire des astrocytes et en utilisant des méthodologies bioinformatiques, d’imagerie et moléculaires, ainsi que des techniques génétiques spécifiques aux cellules qui interagissent avec l’exocytose de la glutamine dans le in vivo paramètres.
Les chercheurs ont mené une étude pour examiner le rôle du glutamate dans le cerveau et ses effets sur les astrocytes. Ils ont utilisé des bases de données de séquençage d’acide ribonucléique unicellulaire (scRNA-seq) et des informations de patch-seq pour réaliser une imagerie du glutamate basée sur GluSnFR. sur place et in vivo.
Un classificateur de réseau neuronal profond a été utilisé pour annoter les groupes, vérifiant ainsi la prédiction correcte des astrocytes en vérifiant la distribution des marqueurs astrocytes connus.
Une évaluation inter-espèces a été réalisée en référençant trois bases de données de cellules hippocampiques. Une analyse par hybridation in situ par fluorescence (FISH) a été réalisée pour analyser des tranches d’hippocampe de cellules murines adultes co-immunocolorées avec des marqueurs astrocytes tels que GS et S100β.
Les astrocytes ont été imagés à l’aide d’une imagerie d’excitation à deux photons de la région moléculaire dorsale du gyrus denté (DGML), qui comprendrait des proportions importantes d’astrocytes libérant du glutamate qui remplissent activement des fonctions de modulation synaptique.
Pour imiter la transmission gliale glutamatergique à base de calcium stimulée par les récepteurs couplés aux protéines G Gq (Gq-GPCR), un récepteur de type concepteur spécifiquement activé par des médicaments de synthèse (Gq-DREADD) a été co-exprimé dans les astrocytes et la stimulation chimiogénétique induite par la clozapine. était joué.
Pour limiter les sources probables de libération de glutamate par les cellules neuronales, des tranches d’hippocampe ont été perfusées avec des mélanges de bloqueurs synaptiques comprenant des bloqueurs des canaux calciques voltage-dépendants et de la tétrodotoxine.
Les chercheurs ont appliqué du N-oxyde de clozapine (CNO) par de brèves bouffées localement suivies d’une application de L-glutamate comme contrôle. Pour déterminer si la libération des astrocytes se produisait par exocytose, l’équipe a cherché à empêcher le remplissage des vésicules par le glutamate.
L’équipe a étudié l’origine astrocytaire possible de la libération de glutamate en introduisant de l’acétylcholine (Ach), un stimulus physiologiquement pertinent pour les astrocytes du cortex visuel, et a évalué son effet sur la fréquence des événements SF-iGluSnFR asynchrones observés dans les astrocytes.
L’équipe a également évalué l’impact de la suppression du transporteur 1 du glutamate vésiculaire des astrocytes (VGLUT1) sur le traitement de la mémoire hippocampique et la fonction altérée des circuits cortico-hippocampiques, en se concentrant sur les crises d’épilepsie. Les chercheurs ont mesuré les niveaux de dopamine dans le striatum dorsal (dST) de VGLUT2GFAP-KO souris et VGLUT2GFAP-WT contrôles par microdialyse.
Résultats
Les chercheurs ont découvert neuf groupes différents d’astrocytes de l’hippocampe, avec un sous-ensemble important exprimant une machinerie de libération de glutamine de type synaptique et limité à des emplacements spécifiques de l’hippocampe.
Ils ont également découvert un sous-groupe d’astrocytes correspondant qui réagissait de manière fiable aux stimulations spécifiques aux astrocytes avec une libération inférieure à la seconde de glutamate dans des zones géographiques spécifiques où les besoins étaient les plus grands, qui était inhibée par l’ablation VGLUT1 ciblée sur les astrocytes.
Le cluster d’exocytose synaptique du glutamate a été trouvé dans toutes les bases de données sur l’hippocampe murin, ainsi que chez les humains.
Les quatre gènes neuronaux liés à l’exocytose glutamatergique dans les vésicules [(solute carrier family 17 member 7 (slc17a7), slc17a6, (coding for vglut2), synaptosomal-associated protein, 25kda (snap25), and synaptotagmin 1 (Syt1)] ont été fortement exprimés dans les neurones glutamatergiques ainsi que dans les cellules S100β/GS-positives de la lignée GFAP avec des noyaux isolés, confirmant l’exocytose du glutamate synaptique astrocytaire dans la population cellulaire.
Les résultats ont montré une sous-population hippocampique de cellules présentant des caractéristiques immunohistochimiques, transcriptionnelles et morphologiques d’astrocytes comprenant des transcrits essentiels à la sécrétion à médiation glutamatergique. La stimulation Gq-DREADD a évoqué une signalisation calcique dans les astrocytes ; cependant, seuls quelques astrocytes disposaient d’une machinerie en aval adéquate pour libérer du glutamate.
Les réponses à la libération de glutamate ont toujours eu lieu à des points chauds spécifiques d’un astrocytes, fournissant une preuve fonctionnelle directe de l’existence d’une population spécialisée d’astrocytes glutamatergiques prédite par des études transcriptomiques. L’équipe a découvert une corrélation robuste entre l’identification physiologique et moléculaire des astrocytes glutamatergiques.
Les astrocytes glutamatergiques ont exercé un contrôle positif dépendant de VGLUT1 sur la potentialisation à long terme évoquée par thêta-burst (ϴ-LTP) des synapses du chemin perforant – cellule granulaire (PP-GC) résidant sur leur territoire. L’équipe a observé une fonction protectrice de la signalisation dépendante des astrocytes VGLUT1 contre les crises aiguës induites par le kaïnate in vivo, s’opposant aux mécanismes provoquant l’amplification des crises.
Le rôle prédominant de VGLUT2 dans le circuit de la substance noire pars compacta (SNpc) a été confirmé et a indiqué un rôle inhibiteur de l’astrocyte VGLUT2 dans le contrôle de l’entrée synaptique excitatrice des neurones dopaminergiques SNpc.
Les résultats soutiennent fortement une fonction de régulation endogène de la signalisation dépendante des astrocytes VGLUT2 dans la formation de la transmission synaptique glutamatergique sur les neurones dopaminergiques nigraux via l’activation des récepteurs présynaptiques du glutamate métabotropique du groupe III (mGluR).
Fonction de la voie dopaminergique nigrostriatale régulée par la signalisation dépendante de VGLUT2 des astrocytes in vivoreprésentant une cible thérapeutique potentielle pour la maladie de Parkinson.
Dans l’ensemble, les résultats de l’étude ont mis en évidence une sous-population atypique d’astrocytes spécialisés dans le cerveau adulte, fournissant ainsi un aperçu de leurs rôles dans la physiologie et les maladies du système nerveux central. Ces astrocytes ont une signature moléculaire similaire aux synapses glutamatergiques, définissant leur distribution et leur compétence fonctionnelle. Les résultats mettent en évidence la pertinence fonctionnelle de ces astrocytes, malgré leur petit nombre, et leur potentiel en tant que cibles thérapeutiques.
Le professeur Andrea Volterra, professeur honoraire à l’UNIL et professeur invité au Wyss Center, codirecteur de l’étude, nous a déclaré :
Grâce aux progrès des techniques moléculaires, comme la transcriptomique unicellulaire, nous avons dévoilé une nouvelle complexité dans les classifications des cellules cérébrales. Alors que nous regroupions traditionnellement les cellules en catégories telles que les neurones, les astrocytes, les microglies et les oligodendrocytes, nous savons maintenant que ces groupes contiennent des sous-populations présentant des caractéristiques uniques.
Ce qui est particulièrement intriguant, c’est que certains astrocytes possèdent une machinerie que l’on trouve généralement dans les neurones, non seulement au niveau des synapses libérant du glutamate, mais également des protéines permettant aux vésicules de fusionner avec la membrane plasmique, permettant ainsi la libération de neurotransmetteurs. Cette combinaison distinctive associe des caractéristiques astrocytaires à des caractéristiques neuronales présynaptiques, en particulier celles associées aux neurones glutaminergiques.
Pour évaluer leur importance, nous avons mené des expériences impliquant l’inactivation d’une protéine cruciale responsable du chargement des vésicules en glutamate. Les résultats étaient clairs : les astrocytes dépourvus de cette protéine ne pouvaient plus libérer du glutamate.
Notre investigation s’est étendue au fonctionnement des circuits, notamment dans l’hippocampe, où nous avons observé une réduction de la potentialisation à long terme, un mécanisme vital pour la formation de la mémoire. Des expériences comportementales chez la souris ont en outre démontré que même si elles pouvaient apprendre, la récupération de la mémoire devenait difficile lorsque cette sous-population spécifique d’astrocytes était affectée.
Dans le contexte de l’épilepsie, nous avons induit un modèle de crises aiguës et avons constaté que l’absence de libération de glutamate dans ces astrocytes aggravait les crises. Cela suggère que ces cellules jouent un rôle protecteur dans la prévention du déclenchement des crises d’épilepsie, soulignant ainsi leur importance physiologique.
De plus, dans le système nigrostrié, responsable du contrôle des mouvements et crucial dans la maladie de Parkinson, nous avons fait une découverte remarquable. Les neurones dopaminergiques se sont révélés sous l’influence de cette famille d’astrocytes glutaminergiques, affectant la régulation de la libération de dopamine. Cette découverte suggère une fonction homéostatique physiologique qui pourrait être compromise dans la maladie de Parkinson.
