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Actualité
Équipes de recherche accueillies au Collège de France

Les interactions neurone-glie, c’est aussi une histoire de réseaux

Christian Giaume
p. 19-20

Texte intégral

De gauche à droite : Christian Giaume, Annette Koulakoff, Nathalie Rouach et Véronica Abudara

Syncytium (n.m.) : masse de cytoplasme comportant plusieurs noyaux. [Le petit Larousse illustré (1996), p. 980]

Réseau (n.m.) : ensemble de voies de communication, conducteur électrique, etc., qui desservent une même unité géographique dépendant de la même compagnie. Un réseau ferroviaire, routier. Le réseau téléphonique. [Le Robert (1992), p. 886]

1La différence entre ces deux définitions lorsqu’elles sont appliquées aux cellules gliales, notamment aux astrocytes, illustre les changements conceptuels qui ont été opérés au cours de ces trois dernières décennies pour rendre compte des propriétés de communication intercellulaire de la glie. Cette évolution repose en grande partie sur le travail réalisé par notre équipe, d’abord au sein de la chaire de Neuropharmacologie dirigée par Jacques Glowinski puis, depuis 2007, dans l’unité INSERM U840, équipe accueillie par l’Institut de biologie.

2Dans les années 70, la présence d’un grand nombre de jonctions communicantes entre cellules gliales a conduit plusieurs auteurs à proposer que la glie était organisée sous forme d’un syncytium. Cette idée est très bien résumée dans le livre From neuron to brain de S.W. Kuffler et J.G. Nicholls (1977) qui, pendant des années, fut considéré comme une bible par les neurobiologistes. Dans cet ouvrage, ces auteurs écrivaient notamment : « ...toutefois les cellules gliales adjacentes, y compris chez les mammifères, sont liées les unes aux autres par des gap junctions. En cela, elles ressemblent aux cellules épithéliales et ganglionnaires et aux fibres musculaires cardiaques... »[1]. Cette idée fut, par la suite, reprise et élargie à partir de données ultrastructurales par E. Mugnaini (1989) dans un article souvent cité et dont le titre est explicite : « Cell junctions of astrocytes, ependyma, and related cells in the mammalian central nervous system, with emphasis on the hypothesis of a generalized functional syncytium of supporting cells »[2]. Depuis, ce terme de syncytium a été largement utilisé dans de nombreuses publications, jusqu’à une revue récente dans Trends in Neurosciences où les auteurs faisaient même référence à un syncytium panglial[3]. Depuis plusieurs années, les travaux de notre équipe ont permis de passer de la conception d’une organisation syncytiale de la glie à celle de réseau(x) astrocytaire(s).

3Cette organisation en réseaux repose sur plusieurs propriétés :

  • Dansl’hippocampe, l’injection d’un astrocyte avec un traceur intercellulaire de faible poids moléculaire a permis de mettre en évidence une connection entre plus de 100 cellules dont la grande majorité sont des astrocytes[4]. Cependant, certains astrocytes présents dans la zone couverte par le réseau en sont exclus[5].

  • L’étendue de ce réseau astrocytaire est variable. En effet, la stimulation de récepteurs membranaires diminue ou augmente son étendue dans des tranches aigües d’hippocampe, de cortex ou de cervelet[4,6]. Cette observation indique que ce réseau est modulable et qu’il est sous le contrôle de signaux endogènes, notamment de neurotransmetteurs.

  • Bien que l’organisation spatiale des réseaux astrocytaires ne présente en aucun cas la complexité des réseaux neuronaux, leur forme, leur étendue et leur densité cellulaire varient d’une structure à l’autre, mais également en fonction de l’âge et du contexte physiopathologique[7].

4S’agit-il d’un réseau ou de réseaux d’astrocytes ? Cette question est d’importance, car elle propose de distinguer entre un seul ensemble cellulaire assurant une continuité de communication sur de grandes distances et des sous-ensembles indépendants les uns des autres. Pour l’instant cette question n’est pas résolue. Cependant, il semble que la distribution spatiale des astrocytes couplés soit compartimentée dans des structures caractérisées par des unités anatomo- fonctionnelles de neurones, par exemple le cortex somatosensoriel ou les glomérules olfactifs[8,9]. Cette propriété pourrait résulter soit d’une hétérogénéité de distribution des astrocytes eux-même, soit d’une différence dans l’expression des protéines constituantes des jonctions communicantes, les connexines.

5L’étude de ces réseaux astrocytaires a été poursuivie pour déterminer leur rôle et leur modalité d’interaction avec les neurones. Cette question a été abordée en considérant le rôle des astrocytes dans le métabolisme cérébral au cours d’un travail récemment publié dans la revue Science[10]. Nathalie Rouach et plusieurs membres de l’unité U840, dont Annette Koulakoff (maître de conférences, Collège de France) et Véronica Abudara (ATER, Collège de France), ont, dans un premier temps, observé que les deux connexines présentes dans les astrocytes étaient très fortement exprimées au niveau des « pieds » astrocytaires qui entourent les capillaires sanguins. Dans des tranches d’hippocampe maintenues en survie, le couplage intercellulaire assuré par les jonctions communicantes composées par ces connexines est favorisé le long des vaisseaux. L’utilisation de molécules de glucose fluorescentes a permis de démontrer que les canaux des jonctions communicantes sont perméables à ce métabolite énergétique et certains de ses dérivés. Ils ont ainsi visualisé des réseaux métaboliques constitués par plusieurs dizaines d’astrocytes. En agissant sur le niveau d’activité des neurones et en injectant ces molécules à différents endroits, ils ont observé que l’étendue ainsi que la forme de ces réseaux métaboliques étaient contrôlées par les neurones. Cette plasticité des réseaux métaboliques astrocytaires étant directement liée à la demande énergétique des circuits neuronaux, il s’agit de la première démonstration d’une interaction entre ces deux types de réseaux. Quelles conséquences peut avoir cette interaction ? Pour répondre à cette question, une déplétion en glucose extracellulaire a été réalisée, qui induit une diminution rapide de l’activité synaptique. Mais si dans cette situation on introduit du glucose ou du lactate dans le réseau astrocytaire, l’activité neuronale est maintenue, ce qui démontre que la diffusion de substrats énergétiques dans les astrocytes est suffisante pour répondre à la demande énergétique des neurones. Ce « sauvetage » n’est plus observé lorsque l’expérience est réalisée dans des tranches prélevées chez un animal dont les gènes codant les deux connexines astrocytaires ont été supprimés et dont les astrocytes ne sont plus organisés en réseaux. Ces expériences démontrent la contribution de la communication jonctionnelle au rôle joué par les astrocytes dans le métabolisme cérébral.

6Dans leur ensemble, les travaux de notre équipe contribuent à établir une vision plus précise du rôle de cette population de cellules gliales qui entretiennent des interactions dynamiques avec les neurones. Elles sont organisées en groupes de cellules communicantes et forment des réseaux cellulaires plastiques qui ont leurs propres règles d’organisation spatiale. Par conséquent, il est désormais important de considérer les relations entre neurones et astrocytes non pas uniquement sous l’angle d’interactions entre cellules individuelles mais aussi en tenant compte des interactions entre circuits neuronaux et réseaux astrocytaires.

Mise en évidence d’un réseau astrocytaire par injection d’un traceur intercellulaire (rouge) dans un astrocyte enregistré par la technique du patch-clamp.

Mise en évidence d’un réseau astrocytaire par injection d’un traceur intercellulaire (rouge) dans un astrocyte enregistré par la technique du patch-clamp.

Après quelques minutes, ce colorant diffuse dans les astrocytes voisins au travers des canaux jonctionnels qui connectent ces cellules entre elles et constituent un réseau astrocytaire. Cette expérience a été réalisée sur une tranche d’hippocampe obtenue à partir d’un cerveau de souris trangènique eGFP-GFAP dans laquelle les astrocytes sont colorés en vert.

(Cliché N. Rouach et A. Koulakoff).

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Bibliographie

[1] Kufler SW, Nicholls JG (1977) From neuron to brain, Sinauer Associates, Inc Publishers, Sunderland, pp. 486.

[2] Mugnaini E (1986) Cell junctions of astrocytes, ependyma, and related cells in the mammalian central nervous system, with emphasis on the hypothesis of a generalizedfunctional syncytium of supporting cells. In: Cellular Neurobiology: A series. (Fedoroff S, Vernadakis A, eds) Academic Press, Orlando, 329-371.

[3] Theis M, Söhl G, Eiberger J, Willecke K. (2005) Emerging complexities in identity and function of glial connexins.Trends Neurosci. 28:188-95.

[4] Blomstrand F, Venance L, Siren AL, Ezan P, Hanse E, Glowinski J, Ehrenreich H, Giaume C. (2004) Endothelins regulate astrocyte gap junctions in rat hippocampal slices. Eur J Neurosci. 19:1005-1015.

[5] Houades V, Rouach N, Ezan P, Kirchhoff F, Koulakoff A, Giaume C (2006) Shape of astrocyte networks in the juvenile brain. Neuron Glia Biology 2:3-14.

[6] Meme W, Vandecasteele M, Giaume C, Venance L. (2009) Electrical coupling between hippocampal astrocytes in rat brain slices. Neurosci Res. (sous presse).

[7] Rouach N, Avignone E, Meme W, Koulakoff A, Venance L, Blomstrand F, Giaume C. (2002) Gap junctions and connexin expression in the normal and pathological central nervous system. Biol Cell. 94:457-475.

[8] Houades V, Koulakoff A, Ezan P, Seif I, Giaume C. (2008) Gap junction-mediated astrocytic networks in the mouse barrel cortex. J Neurosci. 28:5207-17.

[9] Roux L, Bonvento G, Giaume C.(2008) Gap junction-mediated astrocytic networks in olfactory glomeruli: a potential target for neuroglial interaction.6th Forum of European Neurosciences(Abstract).

[10] Rouach N, Koulakoff A, Abudara V, Willecke K, Giaume C. (2008) Astroglial metabolic networks sustain hippocampal synaptic transmission. Science. 322 :1551-5.

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Table des illustrations

Légende De gauche à droite : Christian Giaume, Annette Koulakoff, Nathalie Rouach et Véronica Abudara
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Titre Mise en évidence d’un réseau astrocytaire par injection d’un traceur intercellulaire (rouge) dans un astrocyte enregistré par la technique du patch-clamp.
Légende Après quelques minutes, ce colorant diffuse dans les astrocytes voisins au travers des canaux jonctionnels qui connectent ces cellules entre elles et constituent un réseau astrocytaire. Cette expérience a été réalisée sur une tranche d’hippocampe obtenue à partir d’un cerveau de souris trangènique eGFP-GFAP dans laquelle les astrocytes sont colorés en vert.
Crédits (Cliché N. Rouach et A. Koulakoff).
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Pour citer cet article

Référence papier

La Lettre du Collège de France, Collège de France, Paris, mars 2009, p. 19-20. ISSN 1628-2329

Référence électronique

Christian Giaume, « Les interactions neurone-glie, c’est aussi une histoire de réseaux », La lettre du Collège de France [En ligne], 25 | mars 2009, mis en ligne le 23 juillet 2010, consulté le 23 mai 2017. URL : http://lettre-cdf.revues.org/516

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Auteur

Christian Giaume

Directeur de l’équipe accueillie Communication jonctionnelle et interactions entre réseaux neuronaux et gliaux, INSERM U840

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Droits d’auteur

© Collège de France

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