La chémokine CCL2 favorise la transmission synaptique excitatrice dans les neurones de l'hippocampe via le trafic de la sous-unité GluA1
Dans l’article de recherche récemment publié dans “Neurosci. Bull.” intitulé “Chemokine CCL2 Promotes Excitatory Synaptic Transmission in Hippocampal Neurons via GluA1 Subunit Trafficking”, des chercheurs de plusieurs institutions, dont l’Institut de Neuroscience de Shanghai de l’Académie chinoise des sciences et l’École des sciences de la vie de l’Université de Pékin, ont exploré en détail comment la chimiokine CCL2 favorise la transmission synaptique excitatrice dans les neurones hippocampiques en régulant l’expression de surface de la sous-unité GluA1.
Contexte et objectif de la recherche
Les chimiokines (cytokines) sont de petites protéines sécrétées connues pour jouer un rôle important dans le développement, la maturation des cellules immunitaires et le processus pathologique. Cependant, les chimiokines peuvent également réguler la transmission synaptique et l’excitabilité neuronale dans le système nerveux central (SNC). Il a été rapporté que le TNF-α joue un rôle important dans le maintien de la force synaptique excitatrice, tandis que l’IFN-γ peut renforcer la transmission GABAergique et augmenter l’excitabilité des cellules pyramidales CA3. Des études antérieures ont montré que le CCL2 (également connu sous le nom de protéine chimioattractive des monocytes 1, MCP-1) peut augmenter la transmission synaptique excitatrice des cellules pyramidales CA1 et CA3 de l’hippocampe, des cellules pyramidales L2/3 du cortex somatosensoriel primaire et des cellules granulaires du gyrus denté. Cependant, les mécanismes moléculaires précis par lesquels le CCL2 régule ces processus restent flous.
Méthodes de recherche
L’équipe de recherche a utilisé une série de méthodes expérimentales in vitro et in vivo pour explorer comment le CCL2 régule l’expression de surface de GluA1 via son récepteur CCR2. Les procédures expérimentales spécifiques comprennent :
1. Expérimentation animale
Toutes les expériences animales ont été menées conformément aux normes de soins aux animaux des National Institutes of Health des États-Unis et ont été approuvées par les comités d’éthique concernés. Des souris knock-out CCR2 et des cultures cellulaires hippocampiques primaires de rat ont été utilisées pour étudier l’effet du CCL2 sur l’expression de surface de GluA1.
2. Traitement médicamenteux
La protéine CCL2 recombinante a été appliquée aux neurones en culture dans différentes expériences pour examiner le rôle du CCL2 dans la régulation de l’expression de surface de GluA1. Pour induire une neuroinflammation, les souris ont reçu une injection intrapéritonéale de lipopolysaccharide (LPS).
3. Construction d’ADN et PCR quantitative en temps réel (RT-qPCR)
Des constructions d’ADN codant pour des protéines vertébrées ont été utilisées pour la transfection cellulaire, et la RT-qPCR a été utilisée pour analyser les niveaux d’expression de divers facteurs inflammatoires tels que CCL2 et TNFα dans le tissu hippocampique.
4. Imagerie de cellules vivantes et enregistrements électrophysiologiques
L’équipe de recherche a étudié l’effet en temps réel du CCL2 sur l’expression de surface de GluA1 et la transmission synaptique par imagerie de cellules vivantes et enregistrements électrophysiologiques. Une construction GluA1 contenant une protéine fluorescente verte sensible au pH (super ecliptic pHluorin, SEP) a été introduite pour observer directement l’expression et les changements de GluA1 à la surface synaptique.
5. Western blot et immunocytochimie
La technique de Western blot a été utilisée pour quantifier les niveaux de protéines pertinentes et leur phosphorylation dans le tissu hippocampique, tandis que l’immunocytochimie a été utilisée pour étudier les régions et l’intensité de l’expression de GluA1 à la surface des neurones.
Résultats de la recherche
Les résultats de l’étude ont montré que l’application exogène de CCL2 augmentait significativement l’expression de surface de GluA1 dans les neurones hippocampiques cultivés, et que cet effet était médié par CCR2. Plus précisément :
1. Imagerie de cellules vivantes SEP-GluA1
Cinq minutes après le traitement au CCL2, la surface et l’intensité de fluorescence des points SEP-GluA1 ont augmenté de manière significative. Cet effet a été bloqué par l’ajout de l’antagoniste CCR2 RS504393, indiquant que l’expression de surface de GluA1 induite par CCL2 dépend de CCR2.
2. Coloration immunofluorescente de l’expression de surface de GluA1
Le traitement au CCL2 a significativement augmenté la surface totale et l’intensité totale de GluA1 à la surface des neurones hippocampiques en culture, tandis que cette augmentation a été complètement bloquée chez les souris knock-out CCR2. De plus, dans le tissu hippocampique de souris traitées au LPS, les niveaux de GluA1 associés à la membrane et la phosphorylation aux sites Ser831 et Ser845 ont significativement augmenté, ces effets étant bloqués chez les souris knock-out CCR2.
3. Électrophysiologie et imagerie calcique
Par enregistrement de patch-clamp en configuration cellule entière, le CCL2 a significativement augmenté la fréquence des courants post-synaptiques excitateurs miniatures (mEPSCs) dans les neurones hippocampiques cultivés, mais ces effets ont été bloqués chez les souris knock-out CCR2. De plus, les résultats d’imagerie calcique ont montré que le traitement au CCL2 augmentait considérablement la fréquence des transitoires calciques dans les neurones hippocampiques, un processus médié par la voie de signalisation Gαq et activé par la protéine kinase II dépendante de la calmoduline (CaMKII).
Conclusions et signification de la recherche
Cette étude élucide le mécanisme par lequel CCL2 régule l’expression membranaire de GluA1 et la transmission synaptique excitatrice via CCR2 et les voies de signalisation en aval impliquant Gαq, Ca^2+, et CaMKII. Cette découverte approfondit non seulement notre compréhension des mécanismes moléculaires par lesquels les chimiokines régulent la transmission synaptique, mais offre également de nouvelles perspectives pour l’exploration future de stratégies thérapeutiques pour les maladies neurologiques liées à la neuroinflammation.
Points forts de la recherche
Les points forts de cette étude comprennent : 1. L’analyse précise du mécanisme moléculaire par lequel CCL2 régule l’expression de surface de GluA1 via CCR2 et la voie de signalisation CaMKII. 2. L’utilisation d’une approche de recherche systématique combinant des expériences in vivo et in vitro, contribuant à une évaluation complète du rôle de CCL2 dans différents types de neurones. 3. La proposition d’une nouvelle voie de régulation pour la plasticité synaptique dans des conditions de neuroinflammation.
Les mécanismes révélés par cette étude pourraient être largement applicables à de nombreux types de neurones et fournissent des références importantes pour l’étude approfondie des mécanismes d’action des chimiokines et de leur rôle dans la régulation des fonctions du système nerveux. Les recherches futures pourraient explorer davantage les rôles spécifiques d’autres chimiokines et cytokines dans la régulation de la transmission synaptique et de l’excitabilité neuronale, ainsi que leur potentielle valeur clinique.