Le Neurocan sécrété par les astrocytes contrôle la formation et la fonction des synapses inhibitrices

Ces dernières années, le rôle de l’interaction entre les neurones et les cellules gliales dans la formation des synapses et le maintien de leurs fonctions est devenu un point focal des recherches en neurosciences. Cet article, publié par Dolores Irala et al. du Centre Médical de l’Université Duke dans le numéro de mai 2024 de la revue Neuron, révèle comment les cellules gliales contrôlent la formation et la fonction de types spécifiques de synapses GABAergiques inhibitrices via la sécrétion du fragment C-terminal du Neurocan.

Contexte

Dans le cortex cérébral des mammifères, 80 % des neurones sont des neurones pyramidaux glutamatergiques (excitatrices) et 20 % sont des interneurones GABAergiques (inhibitrices). Les interneurones peuvent être divisés en trois grandes catégories en fonction de leur morphologie, de leur transcriptomique et de leurs caractéristiques électrophysiologiques : somatostatine (SST), protéine acide fibrillaire gliale (PV) et récepteur de la sérotonine 3A (HTR3A). Bien que les cellules gliales jouent un rôle crucial dans la formation des synapses, des études antérieures ont identifié plusieurs protéines sécrétées par les cellules gliales qui favorisent la formation des synapses excitatrices, comme les thrombospondines, le SPARCL1/Hevin et les glycoprotéines. Cependant, les signaux sécrétés par les cellules gliales qui contrôlent la formation des synapses inhibitrices restent flous.

Processus de recherche

Pour explorer les protéines sécrétées par les cellules gliales qui contrôlent la formation des synapses inhibitrices, les auteurs ont développé un système de culture de neurones corticaux dépourvu de cellules gliales, comprenant des neurones excitateurs et inhibiteurs issus du cortex de rats nouveau-nés. En utilisant la méthode d’immunopurification pour isoler les neurones positifs à L1CAM et les cultiver in vitro, ces neurones ont formé des extensions neuronales étendues. En traitant les neurones cultivés pendant 8 et 11 jours avec du milieu conditionné par des cellules gliales (ACM) ou des protéines recombinantes, ils ont pu évaluer l’effet sur la formation des synapses.

La culture de neurones contenait moins de 2 % de cellules gliales positives à la protéine acide fibrillaire gliale (GFAP), 78 % de neurones excitateurs et 20 % de neurones inhibiteurs. En utilisant la microscopie confocale et l’analyse d’image, les auteurs ont trouvé que l’ACM induisait significativement la formation de synapses inhibitrices sans modifier le nombre de marqueurs synaptiques spécifiques (Bassoon et Gephyrin). De plus, via le criblage de protéines candidates, les auteurs ont identifié le Neurocan (NCAN) comme une protéine sécrétée par les cellules gliales qui induit significativement la formation de synapses inhibitrices.

Résultats de la recherche

Les principales découvertes de cette recherche sont :

1. Localisation des fragments de NCAN et formation des synapses : En utilisant l’immunobuvardage de Western et la coloration immunofluorescente, les chercheurs ont déterminé le mode d’expression de Neurocan au cours du développement des souris nouveau-nées et la localisation des fragments clivés. Ils ont découvert que le fragment C-terminal de NCAN se localise aux synapses et contrôle la formation et la fonction des synapses inhibitrices dans le cortex des souris.

2. Impact de la déficience en NCAN sur la formation des synapses : En utilisant un modèle de souris knockout pour le gène NCAN (déletion des exons 3 et 4), ils ont découvert que le nombre et la fonction des synapses inhibitrices étaient significativement réduits, sans affecter la densité ou la fonction des synapses excitatrices. L’examen par microscopie électronique à transmission a confirmé que la densité des synapses inhibitrices dans la région ACC des souris knockout pour le NCAN était réduite de moitié, sans impact significatif sur le taux de survie des neurones, le poids ou la densité cérébrale.

3. Effet des fragments NTER et CTER sur les synapses inhibitrices : Via des expériences de culture in vitro, ils ont découvert que le fragment C-terminal (CTER) de NCAN favorise significativement la formation des synapses inhibitrices, alors que le fragment N-terminal (NTER) n’a pas d’effet notable. L’ajout du fragment CTER dans le milieu conditionné par des cellules gliales de souris knockout pour le NCAN a complètement restauré le nombre de synapses inhibitrices.

4. Interaction de NCAN avec des protéines synaptiques spécifiques : En utilisant la microscopie super-résolution et l’étiquetage de proximité in vivo, ils ont trouvé que le fragment ELS de NCAN se lie spécifiquement et régule la formation des synapses contenant la somatostatine (SST), sans effet notable sur les synapses positives à la protéine acide fibrillaire (PV).

5. Études fonctionnelles : Par des expériences électrophysiologiques, en enregistrant les courants post-synaptiques inhibiteurs miniatures (mIPSC) des neurones pyramidaux de la couche L2-3 de la région ACC des souris, ils ont découvert que la fréquence des mIPSC était significativement réduite chez les souris knockout pour le NCAN, indiquant son rôle dans la régulation de la fonction des synapses inhibitrices, en particulier des synapses positives à la SST.

Conclusion et signification pratique

Cet article identifie le fragment C-terminal du Neurocan sécrété par les cellules gliales comme une nouvelle protéine clé dans la régulation de la formation des synapses inhibitrices, révélant son rôle dans la formation des synapses inhibitrices spécifiques au cortex cérébral des mammifères. Cette découverte offre non seulement de nouvelles perspectives sur le développement neuronal et la stabilité des réseaux neuronaux, mais fournit également une nouvelle cible potentielle pour les interventions thérapeutiques contre les maladies neurologiques ou les lésions cérébrales.

En outre, cette recherche montre que la régulation spécifique par les fragments de NCAN pourrait impliquer différents types de cellules neuronales et la formation et la fonction de synapses spécifiques, jetant ainsi les bases pour de futures recherches sur les interactions complexes et raffinées entre les cellules gliales et les neurones.