Les cellules gliales.

Les cellules gliales.
De la « glue » de Virshow au véritable partenaire
Le temps venu de la « Neurogliobiologie »
Médecine sciences, octobre, 1991
Les astrocytes, nouvelles stars du cerveau
La Recherche, février 2003
La moitié oubliée du cerveau : les cellules gliales
Pour la Science, septembre, 2004
Pr A. Autillo-Touati, UMR 641 « Neurobiologie des canaux
ioniques »
[email protected]
(Pfreiger and Steimetz, La Recherche, 2003)
Les cellules gliales.
9 fois plus nombreuses que les neurones,
Données connues:
soutien, maintenance et protection.
Données récentes:
Dialogue neurone-glie.
La glie participe au traitement de l’information.
Serait essentielle à la mémoire.
Interviendrait dans la neurogenèse.
La glie et les interactions neurone-glie
1. Les différents types de cellules gliales
2. Les astrocytes
3. La glie support stuctural
4. Glie et maintien de l’homéostasie
1. Les différents types de cellules gliales
- les
oligodendrocytes
- les astrocytes
- les cellules de Schwann myélinisantes et non myélinisantes
-les cellules du système immunitaire
Compartiments neuronaux et
cellules gliales:
-Astrocytes/ cellules de Schwann
-Oligodendrocytes/ cellules de
Schwann myélinisantes
Oligodendrocyte (OL) myélinisant plusieurs axones dans le système nerveux central
Dans le SNC:
SNP
Jonction neuromusculaire : synapse périphérique et cellules de
Schwann périsynaptiques
Synapse centrale et astrocytes
(Pfrieger et Barres, 1996)
Différents stades d’activation de cellules microgliales
Seule la microglie localisée dans les espaces péri-vasculaires peut se comporter en CPA
dans le SNC. Si un foyer inflammatoire s’y développe, les cellules microgliales, qui
représentent environ 10% de la population cellulaire du tissu nerveux, adoptent alors un
phénotype activé, avec une capacité de phagocytose et une expression accrue des
molécules de classe II et d’autres molécules co-stimulatrices telles que CD45, B7-1,
B7-2, LFA-1, CD40, ICAM-1, VCAM-1.
Décours temporel du développement du circuit rétino-colliculaire chez le rat
RGC: C ganglionnaire de la rétine
SC: colliculus superieur
(Frieger, 20002)
2. Les astrocytes : des cellules hétérogènes
Relation entre les astrocytes
et les autres types
cellulaires du cerveau
-glie de Bergmann
-astrocytes
protoplasmiques (SG)
-astrocytes fibreux (SB)
Exemples de terminaisons périsomatiques d’astrocytes
(Chao et al., 2002)
Dans le SNC:
Exemples de terminaisons périsynaptique d’astrocytes
(Chao et al., 2002)
Glial cells make intimate contact with synaptic terminals
Reconstruction 3D d’une cellule de la glie de Bergmann
Haydon Ph., Nature 2001, 186-196.
3. La glie support structural
Fonction de soutien
GFAP-HSV-TK transgene
Génération d’une souris transgénique exprimant le gène de la TK du virus de l’
herpes sous le contrôle du promoteur du gène de la GFAP humaine. HSV-TK est
inoffensive mais convertit le ganciclovir (GCV) en produit toxique qui interfère
avec la réplication dans les cellules en prolifération. Les souris transgéniques sont
traitées avec le GCV en postnatal ; elles sont ataxiques.
Glie radiaire assurant les fonctions de support et de guidage
des neurones en migration
Outer surface
Neural tube
Marginal zone
Les CS régulent le développement neuronal:les CS sont une source de
facteurs trophiques
Le blocage de l'expression des récepteurs erbB2 ou 3 par mutation induit la disparition
précoce de la lignée schwannienne dans les nerfs embryonnaires (dès E12.5). Plus
tard (E18.5) l'absence de glie cause la mort des motoneurones et des neurones des
DRG par défaut d'apport en facteurs neurotrophiques d'origine schwannienne
4.Glie et maintien de l’homéostasie
Canaux, récepteurs, trnasporteurs des cellules gliales
Couplage métabolique: glucose, potassium, No, AA
Recyclage des neuro-transmetteurs
Deux exemples : l’astrocyte et la cellule de
Schwann.
Canaux et récepteurs des cellules gliales
-récepteurs membranaires
-transporteurs
-canaux ioniques
(Verkhratsky and Kettenmann, TINS 1996)
*-des canaux ioniques dépendants du potentiel membranaire,
*-des récepteurs-canaux :récepteurs ionotropiques, purinergiques (P2X), au
glutamate de type NMDA et non NMDA,
*-des récepteurs couplés à un système de transduction intracellulaire:récepteurs
métabotropiques pour la bradykinine, le glutamate, le peptide intestinal
vasomoteur et les purines (P2Ys)
Deux voies de transduction sont couplées aux récepteurs métabotropiques:
la voie de la phospholipase C (PLC) qui conduit à la formation d'inositol
triphosphate (IP3) et à la libération du Ca2+ de ses stocks intracellulaires
(bradykinine, certains P2Ys)
la voie de l'adénylate cyclase (AC) qui peut être soit activée et conduire à la
formation d'AMPc et à l'activation de la protéine kinase A (VIP, certains P2Ys),
soit inhibée (mGluR2).
*- des transporteurs
Pour rappel : les récepteurs au glutamate
R AMPA (non NMDA): couplés à un
canal ionique qui laisse entrer le sodium
entraînant une dépolarisation locale à
l’origine du PA
R NMDA: couplés
à un canal ionique
qui laisse entrer le calcium ++ et le sodium.
Au potentiel de repos ce canal est bloqué
par le Mg 2+. Le potenteil membranaire doit
être dépolarisé pour que les ions Mg 2+ se
retirent du canal.
R métabotropiques (mGlut1…6)
couplés aux protéines G:
Couplage métabolique: glucose, potassium, NO, AA
La cellule de Schwann transfère un substrat énergétique à l'axone
Le glucose sanguin, principale source énergétique du SN, est transféré à partir des capillaires sanguins
dans les cellules gliales grâce à des transporteurs facilitants (majoritairement de type GLUT1). Il est
ensuite dégradé au cours de la glycolyse pour former du pyruvate puis du lactate.
Le lactate est alors libéré dans l'espace périaxonal pour être pris par l'axone grâce à des transporteurs
d'acides monocarboxyliques. Dans l'axone, le lactate est retransformé en pyruvate pour subir une
phosphorylation oxydative dans la mitochondrie (cycle de Krebs) et fournir de l'ATP. Le glutamate
libéré par l'axone pourrait jouer le rôle d'un signal de couplage entre l'axone et la cellule de Schwann.
Le glutamate libéré par l'axone dans l'espace périaxonal serait cotransporté dans la cellule de Schwann
avec du Na+, ce qui entraînerait une activation de la Na+/K+ ATPase. Cette pompe qui nécessite de
l'ATP pour son fonctionnement activerait alors la glycolyse c'est-à-dire à la fois la synthèse de lactate
et la prise de glucose par la cellule de Schwann
L’équipement enzymatique nécessaire au métabolisme du glucose ou de
neurotransmetteurs comme le glutamate est contenu dans les cellules
gliales, et les échanges intercellulaires de substrats sont obligatoires.
Distribution cellulaire des principaux transporteurs au glucose
dans le système nerveux central
Le canal K+ rectifiant entrant est bien adapté à une entrée de K+ dans la cellule de
Schwann et dans l’astrocyte: (1) c'est le seul canal potassique susceptible d'être ouvert à
des valeurs de potentiel proche du potentiel membranaire de repos, (2) sa propriété de
rectification entrante favorise l'entrée de K+ par rapport à sa sortie, (3) l'amplitude du
courant entrant augmente avec la concentration de K+ extracellulaire.D’ autres
systèmes d'homéostasie du K+ peuvent être aussi mis en jeu (influx passif couplé aux
ions chlore; pompage actif par la Na+/K+ ATPase). Des expériences de marquage par
immunocytochimie ont permis de localiser des canaux Kir dans les microvillosités
schwanniennes recouvrant la région paranodale et dans les pieds astrocytaires.
Interaction neurone-glie et oxide nitrique (NO)
Contribution astrocytaire au contrôle du débit sanguin cérébral
IRM: imagerie fonctionnelle par résonnance magnétique
L augmentation de calcium peut être responsable de la
production exagérée d'acide arachidonique par la PLA2
(Peppiat & Attwell, 2004)
CYP4A: cytochrome
Recyclage des neuro-transmetteurs
Astrocyte et cycle glutamate/Gaba-glutamine:
-Capture du glutamate (NT excitateur) et du Gaba (NT
inhibiteur) par les astrocytes,
-Transformation en Glutamine,
-Libération dans l’espace extracellulaire,
-Capture par l’axone de la Glutamine qui sert de
précurseur au Glutamate et au GABA
Couplage actif du métabolisme de neurotransmetteurs entre astrocytes et neurones:
l’exemple du glutamate et du GABA
Représentation shématique de la localisation des transporteurs au glutamate au
voisinage d’une synapse glutamatergique
Cervelet
Hippocampe
(Danbolt et al., 2002)
Coupling mechanism between excitatory
neuronal activity and glucose utilization