Différences métaboliques et sexuelles des microglies dans la neuroinflammation au cours du vieillissement

Contexte de l’étude

Le vieillissement est un facteur de risque important pour les maladies neurodégénératives telles que la maladie d’Alzheimer (Alzheimer’s Disease, AD) et la maladie de Parkinson. Même le vieillissement en bonne santé s’accompagne d’un déclin cognitif. Des études antérieures ont montré que les microglies subissent des changements spécifiques au sexe au cours du vieillissement, il est donc particulièrement important de comprendre les changements fonctionnels des microglies au cours du vieillissement et leurs différences entre les sexes. En tant que macrophages résidents du cerveau, les microglies jouent des rôles essentiels dans le maintien de l’homéostasie cérébrale, le nettoyage des débris et la réparation des lésions. Elles peuvent présenter un dysfonctionnement au cours du vieillissement cérébral, et ces dysfonctionnements sont considérés comme un facteur clé du développement des maladies neurodégénératives.

Informations sur l’article

Cette étude, réalisée par Seokjo Kang et collaborateurs, a été publiée en 2024 dans le Journal of Neuroinflammation, sous le titre “Microglia undergo sex-dimorphic transcriptional and metabolic rewiring during aging”. L’étude est le fruit d’une collaboration entre le Cedars-Sinai Medical Center, l’Oklahoma Medical Research Foundation, l’University of Oklahoma Health Sciences Center et l’University of Southern California. Helen S. Goodridge est l’auteur de correspondance.

Objectif de l’étude

L’objectif de l’étude est d’explorer les changements transcriptionnels et métaboliques des microglies au cours du vieillissement, et d’analyser les différences de ces changements entre les sexes. En révélant les mécanismes de réponse spécifiques au sexe des microglies dans le contexte du vieillissement et des maladies neurodégénératives, cette étude vise à fournir une base théorique pour le développement de nouvelles interventions cliniques.

Méthodologie de l’étude

Cette recherche a utilisé diverses méthodes expérimentales et techniques pour analyser les changements transcriptionnels et métaboliques des microglies au cours du vieillissement. Les principales méthodes incluent le séquençage de l’ARN, l’analyse du séquençage ARN monocaténaire, l’analyse métabolomique, le Western blot et la mesure du taux métabolique en temps réel.

Modèle animal

L’étude utilise des souris C57BL/6 provenant du Jackson Laboratory et du National Institute on Aging (NIA). Des souris mâles et femelles âgées de 3 à 24 mois ont été sélectionnées pour les expériences. Tous les protocoles expérimentaux ont été réalisés dans les installations animalières du Cedars-Sinai Medical Center, après approbation du comité institutionnel de soins et d’utilisation des animaux.

Isolation des microglies

Les souris ont été perfusées avec une solution saline Hanks équilibrée sans calcium ni magnésium (HBSS) pour éviter toute activation exogène. Pendant la dissociation des tissus cérébraux, des antibiotiques et des inhibiteurs de protéases ont été utilisés. Après digestion des tissus cérébraux avec un kit de dissociation des tissus nerveux, les microglies CD11b+ ont été isolées par billes magnétiques immunitaires pour des analyses supplémentaires.

Séquençage et analyse de l’ARN

Après extraction de l’ARN total des microglies, le kit de séquençage ARN Smart-Seq v4 à faible entrée a été utilisé pour la rétrotranscription et la synthèse d’ADNc double brin, suivis par la préparation de la bibliothèque avec le kit Nextera XT. Les échantillons d’ARN ont été séquencés sur le système NovaSeq 6000, les lectures ont été alignées avec le logiciel STAR, et les gènes différentiellement exprimés et les enrichissements de voies ont été analysés avec DESeq2 et les outils d’analyse de pathway.

Résultats de l’étude

Changements transcriptomiques

L’analyse de séquençage ARN a révélé que l’influence du vieillissement sur l’expression génique des microglies était plus marquée chez les souris femelles. L’analyse en composantes principales et l’analyse par échelle multidimensionnelle montraient une séparation significative entre les microglies jeunes et âgées, particulièrement chez les femelles. Une analyse plus approfondie a montré qu’en tenant compte de l’âge comme covariable, 41 gènes étaient liés au sexe, tandis qu’en considérant le sexe comme covariable, 4290 gènes étaient liés à l’âge.

Changements des voies métaboliques

L’analyse IPA a révélé une activation significative de la voie de signalisation PI3K/AKT/mTOR dans les microglies âgées, en particulier chez les souris femelles. L’activation de la voie mTOR était associée à une augmentation de la glycolyse, ce qui a été confirmé par Western blot et l’analyse Seahorse XF. Les résultats indiquent qu’avec l’âge, la glycolyse des microglies augmente considérablement, et cette reprogrammation métabolique est plus apparente chez les femelles.

Réponse à l’infection et immunitaire

Nous avons constaté que chez les souris âgées femelles, l’activité de la voie du complément était significativement augmentée. Plus précisément, l’expression de C3 et de son récepteur C3aR était considérablement accrue dans les microglies des souris âgées, suggérant que ce changement pourrait promouvoir l’activation de la voie mTOR/HIF-1α par un mécanisme autocrine, augmentant ainsi la glycolyse et l’activité phagocytaire.

Analyse de séquençage ARN monocaténaire

Les données de séquençage monocaténaire de l’ARN ont montré que les microglies liées au vieillissement (appelées DAM, microglies associées à la maladie) étaient plus abondantes chez les femelles. Ces DAM présentaient une plus grande activité glycolytique, suggérant qu’elles pourraient jouer un rôle important dans le nettoyage des débris cellulaires et la promotion de la neuroprotection.

Conclusion

Cette étude a révélé la reprogrammation transcriptionnelle et métabolique des microglies au cours du vieillissement et ses différences entre les sexes, en soulignant le rôle important du système du complément et de la voie de signalisation mTOR/HIF-1α dans ce processus. Ces découvertes étendent non seulement notre compréhension du rôle des microglies dans le vieillissement et les maladies neurodégénératives, mais offrent aussi des pistes potentielles pour le développement de nouvelles stratégies thérapeutiques. En ciblant la voie de signalisation autocrine C3a-C3aR des microglies, il pourrait être possible de ralentir les processus neurodégénératifs, favoriser la neuroprotection et maintenir les fonctions cérébrales.

Signification de l’étude

L’importance de cette étude réside dans la révélation des comportements différenciés des microglies selon le sexe au cours du vieillissement, et la proposition d’un nouveau mécanisme de régulation métabolique. Cela a non seulement une signification scientifique importante pour une compréhension approfondie des mécanismes pathologiques des maladies neurodégénératives, mais aussi une valeur potentielle en clinique, offrant l’espoir de développer des interventions personnalisées basées sur des stratégies de médecine de précision tenant compte des différences sexuelles.

Les résultats de cette étude soulignent la nécessité d’explorer davantage le rôle et les relations potentielles du système du complément, de la reprogrammation métabolique et des différences sexuelles dans les maladies neurodégénératives, afin de fournir une base théorique et un support expérimental pour le développement de méthodes efficaces de prévention et de traitement.