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Fin d’une controverse sur la gliotransmission ?
Des chercheurs de l'Institut des neurosciences cellulaires et intégratives (INCI) du CNRS à Strasbourg viennent de montrer que les cellules astrogliales peuvent secréter du glutamate par exocytose, comme les neurones, et qu’elles utilisent ce mécanisme pour la régulation de leur volume au sein du cerveau. Ces travaux, qui ont été publiés dans la revue Neuron et menés avec la collaboration d’autres laboratoires français, allemands et polonais (*), aideront à clore un débat de longue date sur l’importance du processus de « gliotransmission ». Le bon fonctionnement du cerveau nécessite la coopération des neurones avec les cellules gliales, qui constituent la neuroglie. Cette « colle neuronale » comprend différents types de cellules gliales, qui présentent chacune des morphologies et des fonctions spécifiques. Les oligodendrocytes forment par exemple une gaine isolante autour des croissances neuronales, permettant ainsi une conduction rapide du signal électrique le long des nerfs. Les cellules microgliales surveillent l'état de santé du cerveau et combattent les agents pathogènes. Enfin, les cellules astrogliales représentent l’une des composantes de la barrière hémato-encéphalique, qui contrôle l'entrée des substances dans le cerveau. Elles entourent notamment les synapses, zones de contact spécialisées qui permettent la transmission de l'activité électrique entre deux neurones. Au cours des vingt dernières années, la recherche a suggéré que les cellules astrogliales influencent l'activité neuronale par la sécrétion de molécules comme le glutamate, via un mécanisme dit « d’exocytose dépendante du calcium », qui est également utilisé par les neurones pour secréter les neurotransmetteurs. Au cours de ce processus, la molécule de sécrétion est concentrée dans des vésicules qui fusionnent avec la membrane plasmique après une augmentation locale et transitoire de la concentration intracellulaire en calcium. Ce concept de « gliotransmission », qui évoque la similarité du processus avec celui de « neurotransmission », est cependant très controversé et n’a encore jamais été clairement démontré. Dans le dernier numéro de la revue Neuron, les chercheurs de l'INCI et leurs collaborateurs lèvent enfin le voile sur le mécanisme de sécrétion du glutamate par les cellules astrogliales et sur le rôle physiologique de ces sécrétions. Pour cela, ils ont mis au point une technique de mesure de la sécrétion cellulaire de glutamate ex vivo et ont établi une nouvelle lignée de souris transgéniques permettant d'inhiber l’exocytose dans un type de cellules donné, grâce à l'expression contrôlée d'un fragment non-infectieux de la toxine botulique. Cette toxine détruit l’un des composants de la machinerie de l'exocytose dépendante du calcium. Son expression dans toutes les cellules provoque la mort de l’animal tandis que son expression uniquement dans les neurones induit l’inhibition de la transmission nerveuse. Grâce à cet ensemble de nouveaux outils, ils ont pu tester l’importance de la gliotransmission au sein d’un tissu indispensable à la vision, la rétine. Cette fine couche de cellules photosensibles et de neurones tapisse l'arrière de l'œil et codifie l'image perçue en signaux électriques. Sa fonction et sa morphologie peuvent facilement être analysées chez l'animal vivant. Les scientifiques ont démontré que les cellules gliales de la rétine, appelées « cellules de Müller », sécrètent du glutamate et que cette sécrétion est partiellement réduite en présence de la toxine botulique, confirmant ainsi l'hypothèse d'une exocytose dépendante du calcium. Ils ont aussi mis en évidence que cette exocytose du glutamate est nécessaire à la régulation du volume de cellules gliales, alors qu'elle n'est pas cruciale pour les fonctions de la rétine, telles que la codification en signaux électriques ou le contrôle de l'activité circadienne. Cette étude démontre donc que les cellules gliales sont capables, comme les neurones, de sécréter du glutamate par un mécanisme d'exocytose. Elle révèle également le rôle jusque-là inconnu du glutamate dans la régulation du volume de cellules gliales, ouvrant ainsi la voie aux recherches portant sur la régulation des conditions œdémateuses. Figure : Sécrétion du glutamate (en rouge) par les cellules de Müller (en beige), un type de cellules astrogliales de la rétine qui est en contact avec l’ensemble des neurones rétiniens tels que les cellules ganglionnaires (en gris). © Jens Grosche, Effigos AG 2012
(*) Ces travaux ont été réalisés en association avec l’Institut de génétique et de biologie moléculaire et cellulaire (CNRS/Inserm/Université de Strasbourg), le Chronobiotron et la Plateforme d’imagerie in vitro de l’Institut fédératif de recherche en neurosciences (CNRS/Inserm/Université de Strasbourg), le Centre d’analyses protéomique de Marseille (CAPM) du Centre de recherche en neurobiologie – neurophysiologie de Marseille (CNRS/Université d’Aix-Marseille), l’Académie des sciences de Pologne et les Universités de Leipzig et de Tübingen en Allemagne.
Relevance of exocytotic glutamate release from retinal glia, Michal Slezak, Antje Grosche, Aurore Niemiec, Naoyuki Tanimoto, Thomas Pannicke, Thomas Münch, Britni Crocker, Philippe Isope, Wolfgang Härtig, Susanne Beck, Gesine Huber, Geraldine Ferracci, Martine Perraut, Michael Reber, Monique Miehe, Valérie Demais, Christian Lévêque, Daniel Metzger, Klaudia Szklarczyk, Ryszard Przewlocki, Mathias Seeliger, Dominique Sage-Ciocca, Johannes Hirrlinger, Andreas Reichenbach, Sophie Reibel, Frank W. Pfrieger, Neuron (2012), doi:10.1016/j.neuron.2012.03.027.
Contact chercheur
Frank W. Pfrieger
Institut des neurosciences cellulaires et intégratives (INCI)
UPR 3212 CNRS
Centre de neurochimie
5 rue Blaise Pascal
67084 Strasbourg Cedex