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111 | 2012
Annuaire du Collège de France 2010-2011
Résumé des cours et travaux 111e année
Équipes accueillies

Communication jonctionnelle et interactions entre réseaux neuronaux et gliaux

Équipe n°3 du CIRB
Christian Giaume
p. 911-915

Texte intégral


   

Directeur : Dr Christian Giaume

Recherche

1Dans le système nerveux central, les connexines, 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. Les travaux de notre équipe portent principalement sur différents aspects des propriétés et des rôles de ces protéines dans les interactions que les astrocytes établissent avec les neurones et le système vasculaire. Cette année, nos recherches se sont concentrées sur les points suivants :

Interactions entre compartiments neuronaux et réseaux astrocytaires dans les glomérules olfactifs

Lisa Roux, Pascal Ezan

2Les astrocytes de la couche glomérulaire du bulbe olfactif présentent une hétérogénéité morphologique selon leur localisation. Les corps cellulaires des astrocytes intraglomérulaires sont situés à la périphérie des glomérules olfactifs et leurs prolongements convergent vers leur centre, alors que les astrocytes situés à l’extérieur des glomérules ont une forme plus étoilée, caractéristique des astrocytes décrits dans d’autres structures. L’expression des deux principales connexines (Cx) astrocytaires est augmentée dans les glomérules mais leur distribution au sein d’un glomérule est distincte : la Cx30 est enrichie au centre, tandis que la Cx43 est exprimée préférentiellement en bordure. Sur le plan fonctionnel, des expériences de « dye coupling » qui consistent à mesurer l’étendue de la diffusion intercellulaire d’un colorant perméant aux JC injecté dans un astrocyte indiquent que les astrocytes présentent des domaines de couplage où 95 % des cellules ont été identifiées comme des astrocytes après marquage immunohistochimique. Ces expériences ont également montré que la communication interastrocytaire est favorisée à l’intérieur des glomérules olfactifs. L’étendue de ces réseaux astrocytaires est réduite de 60 % lorsque les injections sont réalisées en présence de tétrodotoxine – un agent bloquant l’activité neuronale – mettant en évidence leur propriété d’activité-dépendance. Cette inhibition n’est pas observée lorsque la concentration de potassium extracellulaire est doublée, ce qui suggère que le contrôle neuronal de la communication astrocytaire est étroitement lié à la perméabilité des astrocytes pour le potassium. De plus, cette régulation est spécifique de la région considérée car elle n’est pas observée lorsque les injections sont réalisées à partir d’astrocytes extraglomérulaires. Enfin, elle concerne la Cx30 car elle est observée chez des souris dont le gène codant pour la Cx43 a été délété mais pas chez des souris dépourvues de Cx30. Ces résultats démontrent que les astrocytes intraglomérulaires sont organisés en réseaux sous-tendus par les JC et que ces réseaux sont plastiques et dépendent de l’activité des neurones. Cette régulation est liée au potassium extracellulaire et s’exerce sur les canaux jonctionnels composés par la Cx30.

Réseaux astrocytaires et neurotransmission

Nathalie Rouach, Oana Chever, Jérémie Sibille

3Une propriété clé des astrocytes est leur communication intercellulaire directe via des réseaux étendus formés par de nombreux canaux jonctionnels. Le rôle de ces réseaux dans la transmission et la plasticité synaptique est cependant inconnu. Nous avons récemment montré que la déconnexion des astrocytes, par l’inactivation des connexines 30 et 43, augmente la transmission synaptique des cellules pyramidales de l’aire CA1 de l’hippocampe. Cet effet est dû à une capture inadéquate de potassium et de glutamate par des astrocytes hypertrophiés, réduisant le volume de l’espace extracellulaire. Ainsi les réseaux astrocytaires dictent les concentrations extracellulaires de glutamate et potassium durant l’activité synaptique. L’inhibition des réseaux astrogliaux a de multiples conséquences sur la neurotransmission : augmentation de l’excitabilité neuronale, la probabilité de libération des neurotransmetteurs, l’insertion de récepteurs AMPA postsynaptiques, diminuant ainsi le nombre de synapses silencieuses. Ceci a des conséquences majeures pour la plasticité synaptique, car la conversion de synapses silencieuses en synapses fonctionnelles chez les souris invalidées pour les connexines 30 et 43, déplace fortement l’équilibre entre la potentiation et la dépression à long-terme, favorisant la dépression synaptique. Ainsi, notre travail montre que la communication jonctionnelle des réseaux astrogliaux est cruciale pour le transfert, le traitement et le stockage d’une information synaptique précise.

Bases moléculaires des fonctions des connexines astrocytaires dans le système nerveux central

Martine Cohen-Salmon, Anne-Cécile Boulay, Silvia Burbassi

4Les astrocytes jouent un rôle actif dans la physiologie cérébrale par leurs interactions dynamiques avec les neurones. La Cx30 est impliquée dans des processus cognitifs. De plus, l’inactivation du gène codant la Cx30 diminue la transmission synaptique glutamatergique des neurones pyramidaux de l’aire CA1 de l’hippocampe et entraîne des changements de morphologie astrocytaire. Nous avons cherché à établir les mécanismes moléculaires impliqués dans ces effets en comparant le transcriptôme de l’hippocampe de souris sauvages et de souris délétées en Cx30 (Cx30–/–) et identifié l’importante surexpression d’un gène codant pour une nouvelle protéine exprimée dans les astrocytes et les neurones, et associée aux microtubules. La surexpression de cette molécule dans des astrocytes et des neurones primaires en culture entraîne la formation de nombreuses protrusions membranaires. Chez les souris Cx30–/–, son augmentation pourrait donc être directement liée aux changements morphologiques observés.

5D’autre part, les fonctions des connexines sont multiples et plus complexes qu’initialement proposé. En effet elles incluent, outre la classique communication intercellulaire, des échanges avec l’espace extracellulaire via des hémicanaux, ainsi que des fonctions indépendantes de leurs fonctions « canal », impliquant des interactions protéiques, des processus d’adhésion et de signalisation intracellulaire. Les outils moléculaires d’inactivation des Cxs astrocytaires actuellement disponibles ne permettent pas de cibler ces différentes fonctions. En utilisant un vecteur lentiviral ayant un tropisme astrocytaire spécifique, nous développons de nouveaux modèles murins d’inactivation des Cxs astrocytaires permettant d’adresser spécifiquement leurs différentes fonctions dans les astrocytes matures. La réalisation de ces outils nous permettra de mieux comprendre les fonctions des connexines astrocytaires dans la neurotransmission et dans les régulations vasculaires cérébrales.

Connexines astrocytaires dans le contexte de la maladie d’Alzheimer

Pauline Croisé, Edwige Amigou, Annette Koulakoff

6Dans la maladie d’Alzheimer, des aggrégats de peptide β-amyloïde (Aβ) s’accumulent dans le cerveau où ils forment des lésions histopathologiques, les plaques séniles, caractérisées par la présence d’altérations neuronales, une activation des microglies et une astrogliose. Nous avons montré récemment dans un modèle murin de la pathologie, la souris APPswe/PS1dE9, que l’expression des connexines était sélectivement modifiée dans les astrocytes réactifs associés aux plaques (Mei et al., 2010). Des augmentations d’immunoréactivité des connexines sont prédominantes mais de fortes diminutions ont été mesurées dans environ 10 % des plaques. Or in vitro, l’expression des connexines est inhibée par des traitements à court terme avec des microglies activées ou un mélange de cytokines pro-inflammatoires (IL1β et TNFα). Ensemble, ces résultats soulèvent la question de la contribution relative du peptide Aβ et du statut inflammatoire au niveau des plaques sur le niveau d’expression des connexines.

71) Nous avons développé un modèle de cultures d’astrocytes traités à long terme avec le peptide Aβ pour mimer une situation chronique. Dans ce modèle, nous avons d’abord analysé l’effet du peptide Aβ sur l’expression de la Cx43 par deux approches complémentaires, western blot et immunocytochimie. Tandis que le niveau d’expression global de la Cx43 reste inchangé, une augmentation du nombre de points immunoréactifs de Cx43 par astrocyte a été quantifiée. Ces résultats indiquent un impact du peptide Aβ sur l’agrégation de la Cx43, favorisant son expression sous forme de points immunoréactifs correspondant à la présence de jonctions communicantes, de jonctions annulaires, voire de regroupements d’hémicanaux (HC). Ces changements d’expression sont associés à une augmentation de la capture de bromure d’éthidium, sélectivement inhibée par des bloquants des HC de connexines, indiquant que le peptide Aβ active les HC de Cx43.

82) Afin de déterminer in vivo si et comment le statut inflammatoire affecte le profil d’expression des connexines dans les astrocytes réactifs, la nature des cytokines associées aux plaques β-amyloïde a été étudiée par une approche immunohistochimique chez la souris APPswe/PS1dE9. Parmi les cytokines pro- et anti-inflammatoires testées (IL1β, TNFα, IL-4, I-10), seule la présence de TNFα a pu être mise en évidence. Son expression est restreinte à une sous-population d’astrocytes réactifs associée à ≈ 10 % des plaques Aβ et n’est pas décelable dans les microglies activées. De manière intéressante, les astrocytes réactifs TNFα+ présentent préférentiellement une diminution de l’immunoréactivité de la Cx43 suggérant que localement, l’expression de la Cx43 est plus sensible à cette cytokine proinflammatoire qu’au peptide Aβ. Cette hypothèse sera testée dans le modèle in vitro où les effets du traitement à long terme avec le peptide Aβ et le TNFα seront analysés sur l’expression et la fonction des Cxs astrocytaires.

Publications 2010-2011

9Pannasch U., Vargová L., Reingruber J., Ezan P., Holcman D., Giaume C., Syková E, Rouach N., « Astroglial networks scale synaptic activity and plasticity », Proc. Natl. Acad. Sci., États-Unis, 108, 2011, 8467-72.

Orellana J.A., Shoji K.F., Abudara V., Ezan P., Amigou E., Sáez P.J., Jiang J.X., Naus C.C., Sáez J.C., Giaume C., « Amyloid β-induced death in neurons involves glial and neuronal hemichannels », J. Neurosci., 31, 2011, 4962-77.

Orellana J.A., Froger N., Ezan P., Jiang J.X., Bennett M.V., Naus C.C., Giaume C., Sáez J.C., « ATP and glutamate released via astroglial connexin 43 hemichannels mediate neuronal death through activation of pannexin 1 hemichannels », J. Neurochem., 2011 (sous presse).

Giaume C., Koulakoff A., Roux L., Holcman D., Rouach N., « Astroglial networks: a step further in neuroglial and gliovascular interactions », Nat. Reviews Neuroscience, 11, 2010, 87-99.

Froger N., Orenalla J.A., Calvo C.F., Amigou E., Kozoriz M., Naus C.C., Sáez J.C., Giaume C, « Inhibition of cytokine-induced connexin43 hemichannel activity in astrocytes is neuroprotective », Molecular and Cellular Neuroscience, 45, 2010, 37-46.

Mei X., Ezan P., Giaume C., Koulakoff A., « Astroglial connexin immunoreactivity is specifically altered at β-amyloid plaques in APP/PS1 mice », Neuroscience, 171, 2010, 92-105.

Giaume C., Theis M., « Pharmacological and genetic approaches to study connexin-mediated channels in glial cells of the central nervous system », Brain Research Reviews, 63, 2010, 160-176.

Orellana J.A., Hernández D.E., Ezan P., Velarde V., Bennett M.V., Giaume C., Sáez J.C., « Hypoxia in high glucose followed by reoxygenation in normal glucose reduces the viability of cortical astrocytes through increased permeability of connexin 43 hemichannels », Glia, 58, 2010, 329-343.

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Pour citer cet article

Référence papier

Cours et travaux du Collège de France. Annuaire 111e année, Collège de France, Paris, avril 2012, p. 911-915. ISBN 978-2-7226-0156-7

Référence électronique

Christian Giaume, « Communication jonctionnelle et interactions entre réseaux neuronaux et gliaux », L’annuaire du Collège de France [En ligne], 111 | 2012, mis en ligne le 22 novembre 2013, consulté le 26 mai 2018. URL : http://journals.openedition.org/annuaire-cdf/1710

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Auteur

Christian Giaume

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