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113 | 2014
Annuaire du Collège de France 2012-2013
Résumé des cours et travaux 113e année
Équipes accueillies

Communication jonctionnelle et interactions entre réseaux neuronaux et gliaux

CIRB
Christian Giaume
p. 938-940

Texte intégral

   

Responsable : Christian Giaume

1Dans le système nerveux central, les connexines (Cxs), protéines constituantes des jonctions communicantes (JCs), ou gap junctions, et des hémicanaux, sont exprimées en grande quantité dans les cellules gliales, en particulier dans les astrocytes. Actuellement, les travaux de notre équipe portent sur différents aspects des propriétés et des rôles de ces protéines dans les interactions que les cellules gliales établissent avec les neurones, que ce soit dans des conditions physiologiques ou pathologiques.

Recherche

Proximité entre synapses et jonctions communicantes astrocytaires dans le cortex somatosensoriel

(Christian Giaume, collaboration avec le Pr Egbert Welker, université de Lausanne)

2Les neurones et les astrocytes sont chacun caractérisés par un mode de communication intercellulaire qui leur est propre, les synapses pour les premiers et les JCs pour les seconds. D’autre part, il y a de plus en plus de données indiquant que ces deux types cellulaires établissent des interactions dynamiques et métaboliques qui contribuent à une modulation de l’activité synaptique au niveau de la « synapse tripartite ». Sur la base de ces observations, nous avons étudié au niveau ultra-structural comment les synapses excitatrices et les JCs astrocytaires sont distribuées dans l’espace au niveau de la couche IV du cortex somatosensoriel. En utilisant des anticorps spécifiques pour les deux Cxs majoritaires exprimées par les astrocytes, la Cx43 et la Cx30, nous avons quantifié et comparé la distance qui sépare deux synapses excitatrices, deux JCs astrocytaires et une synapse excitatrice et une JC. Nous avons trouvé un rapport de deux JCs pour trois synapses dans les « barrils » comme dans le septum qui sépare deux barrils. De manière intéressante la distance entre une synapse et une JC est significativement inférieure à celle entre deux synapses ou deux JCs. Ces observations démontrent que ces deux modalités de communication intercellulaire ne sont pas distribuées de manière aléatoire dans la couche IV du cortex somatosensoriel. Par conséquent, cette propriété pourrait constituer la base morphologique de l’activité-dépendance de la perméabilité des JCs astrocytaires. À l’inverse, elle pourrait également rendre compte de l’impact de l’absence de Cxs exprimées par les astrocytes dans des souris transgéniques sur la transmission et la plasticité synaptique. Ces deux observations ont été précédemment réalisées dans notre laboratoire.

Régulation de l’expression et de la fonction des connexines astrocytaires lors de perturbations du cycle veille-sommeil

(Christian Giaume, Xinhe Liu, Pascal Ezan ; Collaboration avec P. Magistretti et Jean-Marie Petit, EPFL Lausanne)

3Dans l’étude de grandes fonctions cérébrales comme la régulation du cycle veille-sommeil la vision qui prévaut est essentiellement « neurocentrique ». En effet, celle-ci postule que l’activité rythmique enregistrée pendant le sommeil est uniquement due aux propriétés intrinsèques des neurones et/ou des réseaux qu’ils forment. Cependant, les cellules gliales, qui constituent la population majoritaire du cerveau entretiennent des interactions dynamiques avec les neurones. Étant donné que les astrocytes sont organisés en réseaux de cellules communicantes, ces interactions peuvent aussi intervenir à un niveau intégré comme la résultante d’interactions entre circuits neuronaux et réseaux astrocytaires. Dans un premier temps, nous avons cherché à savoir si les Cxs astrocytaires ainsi que leurs fonctions sont modifiées lorsque le cycle veille-sommeil est perturbé. Pour cela, nous avons étudié les effets d’une privation de sommeil sur l’expression et la fonction de communication des Cxs astrocytaires. Quatre groupes expérimentaux correspondant à : (i) des souris privées de sommeil pendant 6h sans récupération, (ii) des souris privées de sommeil mais ayant récupéré pendant 3h, (iii) des souris contrôles sacrifiées au même point horaire que les souris  (i), et (iv) des souris contrôles sacrifiées au même point horaire que les souris (ii). Le dosage des ARN messagers codant pour les Cx43 et Cx30 indique une augmentation du messager pour la Cx30 après privation de sommeil. Il est intéressant de remarquer que l’induction du messager de la Cx30 reste encore élevée après 3h de récupération. Dans ces conditions, des expériences d’électrophysiologie visant à établir le statut fonctionnel des JCs indiquent que la communication inter-astrocytaire est augmentée chez les souris ayant été privées de sommeil. Cette augmentation n’est plus observée avec des souris dont le gène codant pour la Cx30 a été invalidé. Ces observations prises dans leur ensemble suggèrent que cette Cx pourrait jouer un rôle dans les interactions neurone-glie impliquée dans la régulation du cycle veille-sommeil.

Connexines astrocytaires et maladie d’Alzheimer

(Annette Koulakoff, Chenju Yi, Edwige Amigou)

4La maladie d’Alzheimer (MA) est une maladie neurodégénérative qui engendre une atteinte progressive et irréversible des fonctions cognitives. Sur le plan histologique, cette pathologie est caractérisée par la présence de plaques séniles, lésions qui se développent dans le cortex et l’hippocampe des patients atteints de MA. Ces plaques sont formées d’un dépôt extracellulaire de peptide β-amyloide (Aβ) entouré d’une couronne de neurites dystrophiques où coexistent des cellules microgliales activées et des astrocytes réactifs. Les propriétés de ces astrocytes sont profondément modifiées, en particulier l’expression des connexines (Cx30 et Cx43) est fortement augmentée dans une grande majorité de plaques aussi bien chez l’homme dans les biopsies post-mortem de malades que chez la souris APPswe/PS1dE9, modèle murin de la MA (Koulakoff et al., 2012). Ces souris présentent plusieurs symptômes de la MA et développent des plaques séniles dans le cortex et l’hippocampe dès le quatrième mois. Dans ce modèle expérimental, nous avons exploré la fonction hémicanal des Cxs, voies d’échange entre le cytoplasme et le milieu extracellulaire et sites potentiels de libération de gliotransmetteurs.

5L’activation des hémicanaux a été évaluée par un test de capture de bromure d’éthidium (EtBr) réalisé ex vivo dans des tranches de cerveau. La contribution relative des Cxs mais aussi des pannexines, autre famille de protéines capables de former des hémicanaux, a été déterminée en utilisant une panoplie de bloquants des hémicanaux, à large spectre ou sélectifs de chaque famille. Nous avons observé que les hémicanaux ne sont pas activés chez les souris APPswe/sPS1dE9 jeunes qui n’ont pas encore développé de plaques ou chez les souris contrôle, quel que soit leur âge. Par contre, chez les souris APPswe/PS1dE9 qui présentent des plaques, les hémicanaux sont activés dans l’ensemble des astrocytes. De manière intéressante, des différences sont observées entre les astrocytes situés à distance des plaques (≥ 50µm) et les astrocytes réactifs au contact des plaques. Dans ces derniers, la capture de EtBr est significativement augmentée, ce qui concorde avec leur teneur plus élevée en Cxs mais peut aussi être due à une contribution de la pannexine 1. En effet, bien que la Cx43 soit le composant majeur des hémicanaux dans l’ensemble des astrocytes, environ 20 % de l’activité hémicanal est inhibée par les bloquants sélectifs des pannexines dans les astrocytes réactifs au contact des plaques. Ainsi, l’activation des hémicanaux dans les astrocytes, en permettant des libérations locales d’ATP ou de glutamate, pourrait interférer avec l’état des neurones dans la MA.

Publications

6Giaume C., Lyebaert L., Naus CC., Saez J.C., « Connexins and pannexin heichannels in brain glial cells », Frontiers in Pharmacology of Ion Channels and Channelopathies, 4, 2013, 88. doi: 10.3389/fphar.2013.00088.

Liu X., Petit J.M., Ezan P., Gyger J., Magistretti P., Giaume C., « The psychostimulant modafinil enhances gap junctional communication in cortical astrocytes », Neuropharmacology, 75, 2013, 533-538.

Gangoso E., Ezan P., Valle-Casuso J.C., Herrero-González S., Koulakoff A., Medina J.M., Giaume C., Tabernero A., « Reduced connexin43 expression correlates with c-Src activation, proliferation, and glucose uptake in reactive astrocytes after an excitotoxic insult », Glia, 60, 2012, 2040-2049.

Theis M., Giaume C., « Connexin-based intercellular communication and astrocyte heterogeneity », Brain Res, 1487, 3 décembre 2012, 88-98.

Orellana J.A., Von Bernhardi R., Giaume C., Sáez J.C., « Glial hemichannels and their involvement in aging and neurodegenerative diseases », Rev Neurosci, 23, 2012, 163-177.

Giaume C., Orellana J.A., Abudara V., Sáez J.C., « Connexin-based channels in astrocytes : how to study their properties », Methods Mol Biol, 814, 2012, 283-303.

Koulakoff A., Mei X., Orellana J.A., Sáez J.C., Giaume C., « Glial connexin expression and function in the context of Alzheimer’s disease », Biochim Biophys Acta, 1818, 2012, 2048-2057.

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Pour citer cet article

Référence papier

Cours et travaux du Collège de France. Annuaire 113e année, Collège de France, Paris, avril 2014, p. 938-940. ISBN 978-2-7226-0329-5

Référence électronique

Christian Giaume, « Communication jonctionnelle et interactions entre réseaux neuronaux et gliaux », L’annuaire du Collège de France [En ligne], 113 | 2014, mis en ligne le 15 août 2014, consulté le 23 février 2018. URL : http://journals.openedition.org/annuaire-cdf/2704

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Auteur

Christian Giaume

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Droits d’auteur

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