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Les vésicules gliales : sources d'information pour les neurones

 

Les cellules astrogliales influenceraient l'activité des neurones en libérant, par « exocytose », des molécules neuroinformatives comme le glutamate ou la D-sérine, emprisonnées dans des vésicules de sécrétion. Ce scénario, discuté par bon nombre de biologistes, vient d'être renforcé par les travaux de l'équipe de Jean-Pierre Mothet au Centre de recherche en neurophysiologie - neurobiologie de Marseille (CRN2M, CNRS/Aix-Marseille Université). Ces travaux publiés dans The Journal of Neuroscience ont été réalisés en collaboration avec des chercheurs français, américains, suisses et allemands (1).

 

Les cellules astrogliales occupent une place centrale dans la communication cérébrale. Ces cellules, qui sont plus nombreuses que les neurones, entretiennent avec ces derniers des relations anatomiques et fonctionnelles étroites au niveau des synapses. Les cellules astrogliales présentent à leur surface des récepteurs pour différents neurotransmetteurs, qui leur permettent de sonder l'activité des neurones. L'activation de ces récepteurs permet en retour aux cellules astrogliales de moduler l'activité des neurones, en libérant dans le milieu extérieur des molécules appelées gliotransmetteurs, comme l'ATP, la D-sérine, le glutamate ou certains peptides (2). Ce processus de « gliotransmission » est indispensable à notre capacité à intégrer de nouvelles informations et à interagir avec notre environnement. Une dérégulation de ce dialogue entre cellules astrogliales et neurones peut se trouver à l'origine de pathologies neurologiques et psychiatriques telles que la maladie d'Alzheimer, les épilepsies, la schizophrénie et les maladies bipolaires. Comprendre le processus de gliotransmission est donc fondamental à l'élaboration d'une image précise du rôle des cellules astrogliales dans ces pathologies cérébrales.

La libération des gliotransmetteurs destinés à moduler l'activité des neurones se ferait selon un mécanisme d'exocytose semblable à celui qui permet la libération des neurotransmetteurs. Ce concept est cependant très controversé (3) car l'existence d'un tel mécanisme implique que les molécules soient séquestrées dans des compartiments cellulaires appelés « vésicules de sécrétion », grâce à des transporteurs localisés dans la membrane de ces vésicules. Or, de tels éléments de stockage et de transport n'ont encore jamais été clairement identifiés dans des cellules astrogliales. Les chercheurs du CRN2M et leurs collaborateurs ont levé le voile sur cette controverse, en prouvant que les cellules astrogliales en culture ou dans leur habitat tissulaire renferment une population de vésicules aux caractéristiques anatomiques et biochimiques proches de celles qui décrivent les vésicules neuronales.

Les vésicules gliales concentrent de la D-sérine et du glutamate, alors que les vésicules neuronales contiennent du glutamate et du GABA. Le glutamate et la D-sérine sont activement importés dans les vésicules gliales par deux protéines différentes. Le transport de ces gliotransmetteurs dépend d'ions chlorures et d'un gradient électrochimique de protons, comme le transport des neurotransmetteurs. Mais contrairement aux vésicules neuronales, les vésicules gliales n'expriment pas de conductance chlore, suggérant que cet élément chimique est co-transporté avec la D-sérine. Le transporteur de cette molécule lui est stéréospécifique et ne transporte donc pas la L-sérine. La sérine racémase, enzyme qui transforme la L-sérine en D-sérine, est d'ailleurs ancrée à la surface des vésicules afin de créer un gradient de D-sérine suffisant à l'activité optimale du transporteur. En guise de conclusion à leur étude, les chercheurs ont démontré qu'il existe une relation fonctionnelle étroite entre le transport de la D-sérine et celui du glutamate. En effet, ces deux gliotransmetteurs sont concentrés dans les mêmes vésicules gliales et le transport de l'un influence le transport de l'autre. Cette synergie vésiculaire n'avait jusqu'à présent été décrite que pour les vésicules neuronales.

Ainsi, ces résultats apportent la preuve que les cellules astrogliales contiennent des vésicules renfermant les gliotransmetteurs chargés de réguler l'activité des neurones. La gliotransmission de ces molécules se ferait donc bien par exocytose, comme la neurotransmission. Les chercheurs tentent à présent d'identifier le transporteur vésiculaire de la D-sérine car celui-ci pourrait constituer une nouvelle cible thérapeutique. En effet, la D-sérine est reconnue comme un gliotransmetteur indispensable au bon fonctionnement de nos synapses et de notre cognition et cette molécule a déjà fait ses preuves dans le traitement de certains troubles neurologiques et psychiatriques.

 

Figure : Les vésicules gliales renferment du glutamate et de la D-sérine tandis que les vésicules neuronales stockent du glutamate et du GABA. Ces molécules sont libérées dans le milieu extérieur par exocytose, lorsque les vésicules de sécrétion fusionnent avec la membrane cellulaire. © Magalie Martineau, Jean-Pierre Mothet

Notes

• (1) Cette étude a été menée en association avec le Laboratoire de dynamique membranaire et maladies neurologiques (CNRS/Université Paris Descartes), le Neurocentre Magendie (Inserm/Université de Bordeaux), l'Université de l'Illinois aux Etats-Unis, l'Université de Lausanne en Suisse, l'Institut Max Planck et l'Université de Muenster en Allemagne.

• (2) Astrocytes, from brain glue to communication elements: the revolution continues, Andrea Volterra, Jacopo Meldolesi, Nature Reviews Neuroscience (2005), 6(8):626-640, doi:10.1038/nrn1722.

• (3) Do astrocytes really exocytose neurotransmitters ?, Nicola Hamilton, David Attwell, Nature Reviews Neuroscience (2010), 11(4):227-238, doi:10.1038/nrn2803.
  

 

En savoir plus

• Storage and uptake of D-serine into astrocytic synaptic-like vesicles specify gliotransmission, Magalie Martineau, Ting Shi, Julien Puyal, Ann Knolhoff, Jérôme Dulong, Bruno Gasnier, Jurgen Klingauf, Jonathan Sweedler, Reinhard Jahn, Jean-Pierre Mothet, The Journal of Neuroscience (2013), 33(8):3413-3423, doi:10.1523/JNEUROSCI.3497-12.2013.
  

 

Contact chercheur

• Jean-Pierre Mothet
  Centre de Recherche en Neurobiologie - Neurophysiologie de Marseille (CRN2M)
  UMR7286 CNRS/Aix-Marseille Université
  51 boulevard Pierre Dramard
  13344 Marseille Cedex 15