Comment les astrocytes et les réseaux périneuronaux coopèrent pour maintenir l’homéostasie synaptique

Les synapses sont de petits espaces entre les neurones par lesquels les signaux sont transmis. Cette transmission de signaux permet aux neurones de communiquer et de produire des processus internes complexes, tels que des pensées et des sentiments, ainsi que des actions et des comportements.

La perte ou la détérioration des synapses s’accompagne généralement d’un déclin des fonctions cérébrales et de troubles cognitifs, comme ceux observés chez les patients atteints de la maladie d’Alzheimer, de la maladie de Parkinson et d’autres troubles neurodégénératifs. Une meilleure compréhension des processus neuronaux qui assurent la stabilité et la fonction des synapses pourrait ainsi éclairer le développement d’interventions thérapeutiques plus efficaces pour ces troubles.

Des chercheurs de la faculté de médecine de l’université de Virginie ont récemment mené une étude sur le rôle combiné des astrocytes, une classe de cellules gliales aux nombreuses fonctions neuroprotectrices connues, et des réseaux périneuronaux (PNN), des structures qui forment un revêtement autour de certains neurones, dans la régulation de l’activité synaptique au fil du temps. Leurs résultats, publiés dans Neurosciences de la naturemontrent que les astrocytes et les PPN coopèrent pour maintenir l’homéostasie synaptique dans le cerveau de la souris.

« Mon laboratoire étudie depuis 30 ans les cellules de soutien du cerveau appelées astrocytes », a déclaré à MedicalXpress Harald Sontheimer, auteur principal de l’étude et professeur émérite Harrison à l’Université de Virginie. « Les astrocytes remplissent de nombreuses fonctions dans le cerveau, mais l’une des plus importantes est l’élimination du neurotransmetteur glutamate. »

Le glutamate est le principal neurotransmetteur utilisé par les cellules nerveuses du cerveau pour communiquer entre elles. Des études antérieures en neurosciences ont montré que les astrocytes entourent les synapses, garantissant que le glutamate reste à chaque synapse, sans déborder sur les synapses voisines.

« Il y a plus de 125 ans, Camillo Golgi a découvert une structure en forme de filet de molécules extracellulaires qui recouvre la surface de certains neurones », explique Sontheimer. « Il a appelé ces structures des réseaux périneuronaux (PNN), même si lui et de nombreux scientifiques depuis n’ont pas réussi à comprendre à quoi ces structures servent. Dans les années 1970, on a découvert qu’elles jouent un rôle important dans le développement du cerveau car elles garantissent que certaines synapses entre les cellules du système sensoriel restent en place une fois qu’elles sont formées. »

Des études antérieures ont conclu que les PNN jouent un rôle clé dans la stabilisation des synapses au fil du temps, mais elles n’ont pas examiné leur lien éventuel avec l’activité des astrocytes. Étant donné leur intérêt pour les astrocytes et leur rôle dans la régulation des synapses, Sontheimer et ses collègues ont entrepris de déterminer si les astrocytes sont liés aux PNN et plus précisément s’ils sont également stabilisés par ces structures.

« Les PNN sont constamment renouvelés dans le cerveau sain », explique Sontheimer. « En d’autres termes, les neurones les synthétisent et les enzymes produites par les neurones et les cellules de soutien les dégradent. Les PNN sont également dégradées par une enzyme bactérienne appelée chondroïtinase ABC. Dans nos premières expériences, nous avons pris cette enzyme et l’avons injectée dans le cerveau de souris, et en 40 minutes, les PNN ont disparu. »

En dégradant les PNN à l’aide de l’enzyme chondroïtinase ABC, les chercheurs ont pu observer comment les dommages causés à ces structures affectaient les synapses et les astrocytes. Fait intéressant, ils ont constaté que les synapses restaient en place, tandis que les astrocytes étendaient leurs processus, couvrant toute la membrane mise à nu après le retrait des PNN.

« Ces expériences nous ont également permis d’étudier le fonctionnement de ces synapses après la suppression des PNN », explique Sontheimer. « À notre grande surprise, nous avons découvert que le glutamate s’échappait de ces synapses et activait des récepteurs éloignés, compromettant ainsi la signalisation entre les cellules nerveuses adjacentes. »

Sontheimer et ses collègues ont observé qu’après la dégradation des PNN, les souris adultes commençaient à subir des crises d’épilepsie. Cela suggère que les structures en forme de filet agissent comme des conteneurs qui empêchent la dispersion du glutamate des synapses, garantissant ainsi que les astrocytes éliminent le neurotransmetteur avant qu’il ne puisse activer les cellules nerveuses voisines.

« Nos résultats suggèrent que la fonction des synapses peut être affectée par des enzymes libérées en conjonction avec l’inflammation et la maladie des tissus », a déclaré Sontheimer. « Nous avons montré que dans un modèle murin de la maladie d’Alzheimer et dans l’épilepsie, les enzymes libérées détruisent les PNN et altèrent la signalisation neuronale, provoquant même des crises. »

Les résultats obtenus par cette équipe de chercheurs apportent de nouvelles informations précieuses sur les contributions uniques des neurones neuronaux neuronaux et des astrocytes à l’homéostasie synaptique. En plus d’inspirer d’autres études axées sur les processus neuronaux qu’ils ont découverts, ils pourraient ouvrir la voie au développement de nouvelles interventions thérapeutiques, telles que des inhibiteurs enzymatiques qui empêchent la dégradation des neurones neuronaux neuronaux chez les patients diagnostiqués avec la maladie d’Alzheimer ou l’épilepsie.

« Nous essayons maintenant de comprendre comment la perte de PNN se produit au niveau cellulaire, ainsi que comment et quand il est préférable de la prévenir », a ajouté Sontheimer.

© 2024 Réseau Science X