Neurones de l’hippocampe - La force destructrice derrière l’épilepsie et les troubles mentaux

Introduction

Le complexe de sclérose tubéreuse (Tuberous Sclerosis Complex, TSC) est une maladie génétique multisystémique complexe qui se manifeste par des lésions dans le cerveau, la peau, le cœur, les reins et d’autres organes avec l’âge. Cliniquement, le TSC se manifeste par une épilepsie, des troubles du développement mental et une série d’autres symptômes. Le TSC est causé par des mutations fonctionnelles des gènes TSC1 ou TSC2, qui codent respectivement pour les protéines Hamartine et Tuberine. Les mutations entraînent un dysfonctionnement du complexe TSC1-TSC2, activant ainsi la voie de la cible de la rapamycine chez les mammifères (mTOR). Cette hyperactivation de la voie a été associée à plusieurs types d’épilepsie génétique et acquise.

Les interneurones gabaergiques jouent un rôle crucial dans le maintien de l’équilibre des circuits neuronaux, la régulation excitation-inhibition et la modulation des fonctions cognitives. Dans le TSC, le dysfonctionnement des neurones gabaergiques est considéré comme une cause majeure des perturbations de l’activité réseau et des symptômes neurologiques associés. Ce dysfonctionnement pourrait résulter de cellules spécifiques. Cette étude se concentre sur l’identification de sous-populations spécifiques d’interneurones dans le TSC, en particulier ceux provenant de l’éminence ganglionnaire médiale (EGM) et de l’éminence ganglionnaire caudale (EGC).

Auteurs et Origine

Cet article, intitulé “Impaired GABAergic Regulation and Developmental Immaturity in Interneurons Derived from the Medial Ganglionic Eminence in the Tuberous Sclerosis Complex”, a été rédigé par Mirte Scheper, Frederik N. F. Sørensen, Gabriele Ruffolo et d’autres, issus de l’Amsterdam UMC, de la Faculté des Sciences de la Santé de l’Université de Copenhague, de l’Université de Sapienza, de l’Institute of Neurology Queen Square de l’University College London, de l’UMC Utrecht et de l’Université du Queensland. Cet article est publié dans le numéro 147, page 80 de l’année 2024 de la revue « Acta Neuropathologica ».

Méthodologie

Pour mieux comprendre les dysfonctionnements neuronaux gabaergiques dans le TSC, cette étude a utilisé la séquençage d’ARN unicellulaire (single nuclei RNA sequencing, snRNA-seq) pour analyser des échantillons de cerveau de patients atteints de TSC et de groupes témoins.

Acquisition et traitement des échantillons

Les tissus cérébraux ont été obtenus du Centre médical universitaire d’Amsterdam, de l’UMC Utrecht et de l’hôpital pour enfants du Queensland à partir de chirurgies et d’autopsies. Les échantillons de contrôle proviennent de donneurs sans antécédents d’épilepsie ou d’autres maladies neurologiques, prélevés dans les 9 heures suivant le décès. Pour tous les contrôles, le cortex préfrontal ou la région intermédiaire ont été analysés.

Séquençage d’ARN unicellulaire

Les noyaux ont été extraits de tissus congelés et triés par cytométrie en flux. Des bibliothèques de séquençage d’ARN ont été préparées à l’aide des kits Chromium Single Cell 3’ Reagent Kits v3.1 de 10× Genomics et séquencées sur une plateforme Illumina NovaSeq 6000. Les matrices d’expression contenant des identifiants moléculaires uniques (UMIs) ont été importées dans le logiciel Seurat pour un traitement ultérieur.

Immunohistochimie et enregistrement électrophysiologique

Pour valider davantage les résultats, des techniques d’immunohistochimie ont été utilisées pour marquer les interneurones sst+ dans le cerveau des patients atteints de TSC. De plus, des ovocytes de Xénope ont été utilisés pour évaluer la fonction, testant l’affinité des récepteurs GABAA pour le GABA.

Principaux Résultats

Dysfonctionnement des interneurones gabaergiques

L’analyse par snRNA-seq a révélé que les interneurones sst+ des patients atteints de TSC expriment des caractéristiques immatures, y compris un rapport NKCC1/KCC2 anormal. Cette caractéristique indique un déséquilibre homéostatique des ions chlorure, réduisant la propriété inhibitrice des signaux GABAergiques. De plus, la régulation à la baisse des sous-unités α1 des récepteurs GABAA et la régulation à la hausse des sous-unité α2 dans les interneurones sst+ indiquent également un dysfonctionnement fonctionnel et développemental.

Analyse des données et identification des sous-groupes

L’analyse UMAP (Uniform Manifold Approximation and Projection) a permis de diviser les interneurones en plusieurs clusters, classés selon l’expression de marqueurs spécifiques. L’étude a montré que les interneurones provenant de l’EGM et de l’EGC dans le TSC présentent des profils d’expression génique et des états de maturation différents.

Manifestation des dysfonctionnements immatures

Des expériences électrophysiologiques ont démontré que les récepteurs GABAA dans les tissus cérébraux TSC réduisent leur affinité pour le GABA selon la composition des sous-unités réceptrices. Cela soutient l’immaturité fonctionnelle des interneurones sst+ dans le TSC, suggérant que leurs anomalies pourraient être responsables des crises d’épilepsie et des dysfonctionnements neurologiques chez les patients atteints de TSC.

Localisation tissulaire et problèmes de migration

L’étude a également révélé que les interneurones sst+ des patients atteints de TSC sont principalement localisés dans les couches profondes du cortex (L5/6), alors que dans le groupe témoin, les interneurones sst+ sont uniformément distribués dans les couches superficielles et profondes. Cela suggère que des problèmes de migration neuronale associés à une stratification corticale anormale pourraient exister dans le TSC.

Conclusion et Valeur

Cette étude révèle le dysfonctionnement des interneurones gabaergiques dans le TSC, en particulier l’immaturité des interneurones sst+ provenant de l’EGM. Par le biais d’analyses moléculaires et fonctionnelles complètes, l’étude indique que ces anomalies des interneurones pourraient être la clé de la désorganisation de l’activité réseau et des symptômes neurologiques chez les patients atteints de TSC.

Points forts de l’étude

Les points forts de cette étude résident dans l’utilisation de la technologie de séquençage d’ARN unicellulaire pour analyser en détail les dysfonctionnements des interneurones gabaergiques chez les patients atteints de TSC, mettant en lumière les anomalies développementales et fonctionnelles des interneurones sst+. En valide ces résultats à travers diverses techniques expérimentales, cette étude offre une référence importante pour les futures stratégies thérapeutiques ciblant le TSC.

Cette recherche enrichit la compréhension des mécanismes de désorganisation des réseaux neuronaux dans le TSC et propose de nouvelles approches pour la médecine de précision. Des études plus approfondies sur les interneurones sst+ à niveau électrophysiologique et moléculaire sont nécessaires pour élucider leurs rôles fonctionnels spécifiques et leurs interactions, offrant ainsi de nouvelles cibles thérapeutiques pour le traitement du TSC et des troubles neurologiques associés.