L’activité neuronale façonne le développement des astrocytes

“Les astrocytes jouent divers rôles qui sont vitaux pour le bon fonctionnement du cerveau”, a déclaré le premier auteur Yi-Ting Cheng, étudiant diplômé du laboratoire du Dr Benjamin Deneen à Baylor. “Par exemple, ils soutiennent l’activité d’autres cellules cérébrales essentielles, les neurones ; participent à la formation et au fonctionnement des synapses ou des connexions neurone à neurone ; libèrent des neurotransmetteurs, des substances chimiques qui interviennent dans la communication neuronale ; et forment la barrière hémato-encéphalique. “

Dans le cerveau adulte, la forme touffue des astrocytes est fondamentalement liée à un fonctionnement cérébral efficace. Les extrémités de la structure ramifiée des astrocytes interagissent avec les neurones et régulent l’activité synaptique. “Si les astrocytes perdent leur structure, les synapses ne se comportent pas correctement et la fonction cérébrale tourne mal”, a déclaré Deneen, professeur et président du Dr Russell J. et Marian K. Blattner au Département de neurochirurgie et directeur du Center for Cancer Neuroscience à Baylor. Il est également l’auteur correspondant de l’ouvrage. « Comprendre comment les astrocytes acquièrent leur structure complexe et touffue est essentiel pour comprendre comment le cerveau se développe et fonctionne et peut apporter de nouvelles informations sur la façon dont les conditions neurodéveloppementales émergent. Dans cette étude, nous avons étudié les cellules et les processus qui dirigent le développement de la structure des astrocytes. “

Les neurones ouvrent la voie

Lorsque les astrocytes se développent, les neurones sont déjà présents et actifs, alors les neurones influencent-ils la façon dont les astrocytes acquièrent leur forme complexe ?

“Nous avons artificiellement activé ou réduit au silence les neurones et déterminé si cela accélérerait ou ralentirait la maturation des astrocytes”, a déclaré Cheng. “Nous avons découvert que l’activité neuronale est à la fois nécessaire et suffisante pour conduire la maturation complète des astrocytes dans une cellule en forme de touffe.”

Alors, comment les astrocytes reçoivent-ils les signaux qui les dirigent vers le bon chemin de maturation ? Grâce à plusieurs approches expérimentales, l’équipe a découvert que les neurones produisent un neurotransmetteur appelé GABA qui se lie aux astrocytes via une molécule à leur surface appelée GABA._B récepteur. “Nous avons assommé le GABA_B récepteur dans les astrocytes et activé les neurones. Dans cette situation, les neurones n’ont pas favorisé le développement d’une forme typique d’astrocyte, soutenant l’idée que les neurones communiquent avec les astrocytes via le GABA_B récepteur pour favoriser leur maturation.

“Cette découverte était surprenante et très intéressante”, a déclaré Deneen. “Les neurotransmetteurs tels que le GABA sont connus pour signaler entre les neurones au niveau des synapses, mais nous avons découvert que les neurotransmetteurs signalent également les astrocytes, influençant leur développement en déclenchant des changements dans leur structure.”

D’autres expériences ont révélé d’autres pièces du puzzle de la façon dont les neurones conduisent les astrocytes à développer leur forme touffue. “Les neurones produisent du GABA, qui se lie aux astrocytes via le GABA_B récepteur. À son tour, cela active une série d’événements, notamment le déclenchement de l’expression d’un autre récepteur appelé Ednrb, qui pilote des voies qui remodèlent l’architecture cellulaire à l’intérieur des cellules associées à la forme des cellules », a déclaré Cheng.

Les chercheurs ont également étudié un autre mystère lié au développement des astrocytes. Ils ont découvert que la régulation de l’expression du GABA_B récepteur dans les astrocytes ne se produit pas de la même manière dans différentes régions du cerveau. “Ce résultat était totalement inattendu”, a déclaré Deneen. “Le GABA_B est universellement nécessaire pour que les astrocytes développent leur forme touffue dans toutes les régions du cerveau. Comment est-il régulé différemment dans différentes zones du cerveau?”

Grâce à des analyses bioinformatiques, les chercheurs ont découvert que cette régulation régionale est conférée par deux protéines, LHX2 dans le cortex cérébral et NPAS3 dans le bulbe olfactif grâce à leurs interactions spécifiques à la région avec les protéines SOX9 et NFIA, qui sont présentes dans tous les astrocytes où elles régulent le GABA._B expression des récepteurs. Dans le cortex, LHX2 ne se lie qu’à NFIA, tandis que dans le bulbe olfactif NPS3 ne se lie qu’à SOX9, permettant à chacun de réguler le GABA_B expression des récepteurs dans une région spécifique du cerveau.

Dans l’ensemble, les résultats suggèrent que le développement et la fonction des astrocytes impliquent un schéma complexe d’événements et de protéines déclenchés par l’activité des neurones et qui fonctionnent d’une manière spécifique à la région.

Estefania Luna-Figueroa, Junsung Woo, Hsiao-Chi Chen, Zhung-Fu Lee1 et Akdes Serin Harmanci, tous du Baylor College of Medicine, ont également contribué à ce travail.

Ce travail a été soutenu par les subventions des National Institutes of Health (NIH) NS071153, AG071687 et NS096096, la Fondation David et Eula Wintermann, les subventions d’instruments partagés des NIH S10OD023469, S10OD025240 et P30EY002520, la cytométrie et le noyau de tri cellulaire du Baylor College of Medicine avec un financement de le CPRIT Core Facility Support Award (CPRIT-RP180672), le NIH (CA125123 et RR024574) et le NIH Eunice Kennedy Shriver National Institute of Child Health & Human Development sous le numéro de prix P50HD103555.