Sommaire
Comment les oligodendrocytes utilisent le métabolisme des acides gras comme réserve d'énergie pour maintenir la fonction axonale et la stabilité de la myéline lorsque le glucose est rare, offrant un aperçu des mécanismes des maladies neurodégénératives.
Étude: Le métabolisme des acides gras oligodendrogliaux comme réserve d'énergie du système nerveux centralCrédit photo : Shot4Sell/Shutterstock.com
Dans une étude récente publiée dans Neurosciences de la nature, un groupe de chercheurs a étudié comment le métabolisme lipidique oligodendroglial fournit une réserve d'énergie pour maintenir la fonction axonale et l'homéostasie de la myéline dans des conditions de privation de glucose dans le système nerveux central.
Arrière-plan
Chez les vertébrés, les oligodendrocytes produisent de la myéline pour faciliter la conduction saltatoire et fournir des substrats métaboliques comme le lactate ou le pyruvate pour la production axonale d'adénosine triphosphate (ATP). Ce soutien est essentiel lorsque la myéline limite l'accès axonal aux nutriments extracellulaires.
Les oligodendrocytes effectuent également la β-oxydation des acides gras (AG) dans les mitochondries et les peroxysomes, en utilisant les AG comme source d'énergie ou de synthèse. La réduction des niveaux de glucose affecte le métabolisme des AG et le renouvellement de la myéline, contribuant ainsi aux anomalies de la substance blanche dans les maladies neurodégénératives.
Des recherches supplémentaires sont nécessaires pour clarifier comment le métabolisme des acides gras oligodendrogliaux soutient le maintien de la myéline et la fonction axonale dans différentes conditions métaboliques, en particulier dans le contexte de la neurodégénérescence.
À propos de l'étude
Toutes les souris utilisées dans la présente étude ont été élevées sur un fond C57 Black 6 (C57BL/6) (une souche consanguine courante de souris de laboratoire), à l'exception des souris Aldehyde Dehydrogenase 1 Family Member L1 – Green Fluorescent Protein (Aldh1l1-GFP).
Ils étaient hébergés dans des conditions standard avec un cycle jour/nuit de 12 heures, un accès libre à la nourriture et à l’eau, et un environnement contrôlé à 22°C et 30-70% d’humidité.
Des souris transgéniques ont été générées en interne en suivant des protocoles standard. Pour visualiser les autophagosomes dans les oligodendrocytes, une protéine fluorescente rouge monomérique – protéine fluorescente verte wasabi monomérique – protéine associée aux microtubules 1A/1B-chaîne légère 3 (mTagRFP-mWasabi-LC3) (une construction fluorescente en tandem utilisée pour la recherche sur l'autophagie) a été placée sous le contrôle de la 2',3'-nucléotide cyclique 3'-phosphodiestérase ((CNP)(une enzyme exprimée dans les oligodendrocytes) promoteur.
Le génotypage a été réalisé à l'aide d'amorces spécifiques et d'un programme de réaction en chaîne par polymérase (PCR). Huit autres lignées de souris ont également été génotypées comme décrit précédemment, en ciblant divers types de cellules et voies, telles que la microglie, les astrocytes, les cellules précurseurs d'oligodendrocytes et les oligodendrocytes.
Les mutants homozygotes ont été comparés aux génotypes témoins dans diverses expériences pour évaluer la fonction des gènes.
Sauf indication contraire, les réactifs proviennent de Merck. La solution de liquide céphalorachidien artificiel (LCRa) utilisée pour l'incubation du nerf optique et les enregistrements électrophysiologiques contenait des composants spécifiques, notamment du glucose et du saccharose, pour le maintien de l'osmolarité.
Divers inhibiteurs des voies métaboliques et d’autophagie ont été fraîchement préparés et ajoutés au LCRa à des concentrations spécifiques.
Les nerfs optiques ont été préparés à partir de souris après dislocation cervicale, disséqués et incubés dans du LCR à 37°C. Des enregistrements électrophysiologiques et des analyses de survie ont été réalisés pour mesurer les réponses cellulaires et axonales dans différentes conditions métaboliques. Les données ont été analysées à l'aide de logiciels tels que Fiji et Imaris, et l'analyse statistique a été réalisée avec Excel ou GraphPad Prism 9.
Résultats de l'étude
Dans cette étude, des nerfs optiques entièrement myélinisés de souris transgéniques âgées de 2 mois exprimant des protéines fluorescentes dans des oligodendrocytes ou des astrocytes ont été analysés dans des conditions de privation de glucose. Les nerfs optiques ont été incubés dans du LCR à 37 °C avec différentes concentrations de glucose (10 mM, 0 mM ou faible taux de glucose).
Après 24 heures, une analyse de fluorescence a été utilisée pour évaluer la survie cellulaire. Étonnamment, la majorité des oligodendrocytes sont restés sains même en l'absence de glucose, tandis que plus de 70 % des astrocytes étaient morts.
Les cellules précurseurs des oligodendrocytes (OPC) et la microglie n'ont pas été affectées non plus. Ces résultats indiquent que les oligodendrocytes dépendent d'une réserve énergétique préexistante, potentiellement via le métabolisme des acides gras.
Lorsque les nerfs optiques ont été incubés avec 1 mM de glucose, une concentration insuffisante pour la conduction axonale, toutes les cellules ont survécu pendant au moins 24 heures.
De plus, l’apport de 3-hydroxybutyrate comme source d’énergie alternative a empêché la mort cellulaire, suggérant que le métabolisme énergétique, plutôt que la seule privation de glucose, était responsable de la survie cellulaire.
Les inhibiteurs des espèces réactives de l'oxygène (ROS) n'ont pas amélioré la survie cellulaire, ce qui indique que la production de ROS n'était pas la cause de la mort cellulaire. Cependant, en cas d'hypoxie sévère et de privation de glucose, une mort cellulaire étendue a été observée, affectant tous les types de cellules.
Pour étudier si les AG pouvaient servir de réserve d’énergie, les nerfs ont été incubés sans glucose et traités avec de l’acide 4-bromocrotonique (4-Br), un inhibiteur de la β-oxydation des AG mitochondriaux.
Cette diminution significative de la survie cellulaire confirme l'hypothèse selon laquelle le métabolisme des acides gras via la β-oxydation soutient la production d'énergie. Il est intéressant de noter que l'inhibition de la β-oxydation peroxysomale par la thioridazine n'a pas affecté la survie cellulaire, ce qui suggère que la β-oxydation mitochondriale compense la perte de fonction peroxysomale.
La microscopie électronique a révélé que la privation d'énergie entraînait des changements structurels dans la gaine de myéline, avec des rapports g accrus et une démyélinisation vésiculaire, probablement en raison de la dégradation de la myéline par autophagie.
L'analyse protéomique a confirmé des altérations du métabolisme des acides gras, avec une augmentation des enzymes impliquées dans le métabolisme des acides gras et des corps cétoniques. L'étude a également observé une augmentation de la formation d'autophagosomes dans les oligodendrocytes en cas de privation de glucose, indiquant un niveau basal d'autophagie qui est régulé à la hausse pendant la famine.
Enfin, l’inhibition de la β-oxydation dans les oligodendrocytes par manipulation génétique ou par des moyens pharmacologiques a altéré la fonction axonale, démontrant que le métabolisme des FA soutient la conduction axonale dans des conditions de faible taux de glucose.
Conclusions
En résumé, les données combinées in vitro et in vivo suggèrent un modèle étendu de la dynamique de la myéline, où les oligodendrocytes soutiennent la fonction axonale non seulement par la glycolyse mais aussi en métabolisant les AG.
L'expérience clé de l'étude consistait à analyser la conductivité axonale et les niveaux d'ATP dans les nerfs optiques myélinisés dans des conditions de faible taux de glucose et à l'aide d'inhibiteurs métaboliques. Ces expériences ont révélé qu'une disponibilité réduite du glucose dans les oligodendrocytes entraîne une perte progressive de la myéline.
L'étude a également révélé que même si le métabolisme des acides gras soutient la fonction axonale, il ne peut pas compenser entièrement le glucose. Ainsi, le métabolisme oligodendroglial des acides gras aide à prévenir la dégénérescence des axones en cas de stress métabolique.
