Mutation du Canal KATP Perturbe l’Activité du Réseau Hippocampique et les Changements des Ondes Gamma Nocturnes

Contexte de l’étude

Le canal potassique sensible à l’ATP (KATP) est un canal ionique clé reliant le métabolisme cellulaire et l’activité électrique. Des études ont montré que la haute activité du canal KATP est étroitement liée à une maladie rare - le syndrome de retard de développement, d’épilepsie et de diabète néonatal (syndrome DEND). Les personnes affectées par cette maladie présentent généralement divers troubles des systèmes nerveux et endocrinien. Cependant, bien que nous ayons une bonne compréhension de la cause du diabète dans le syndrome DEND, les mécanismes physiopathologiques des symptômes neurologiques restent difficiles à déterminer.

Sources de l’étude

Cette étude a été réalisée par Marie-Elisabeth Burkart, Josephine Kurzke, Robert Jacobi, Jorge Vera, Frances M. Ashcroft, Jens Eilers et Kristina Lippmann, appartenant à l’Institut de Physiologie Carl-Ludwig de l’Université de Leipzig, au Département de Neurophysiologie de Physiology de l’Université de Würzburg, à l’Albert Einstein College of Medicine de Bronx, New York, ainsi qu’au Henry Wellcome Centre for Gene Function de l’Université d’Oxford, Royaume-Uni. L’article sera publié en 2024 dans la revue “Brain”.

Objectif de l’étude

Les auteurs émettent l’hypothèse que l’activité altérée des interneurones intermédiaires positifs à la troponine (PV-IN) pourrait provoquer des crises d’épilepsie et des troubles cognitifs dans le syndrome DEND. Par conséquent, cette étude examinera comment une mutation commune du canal KATP dans le syndrome DEND affecte l’activité du réseau neuronal et le rôle des PV-IN dans la région CA1 de l’hippocampe.

Processus de l’étude

Sujets expérimentaux et construction du modèle

Les sujets expérimentaux comprenaient des souris de type sauvage et des souris contenant un fragment muté du gène du canal KATP Kir6.2-V59M. Toutes les expériences étaient conformes aux directives de la Commission européenne sur l’expérimentation animale.

Pour étudier l’impact des mutations DEND, les auteurs ont créé des souris génétiquement modifiées utilisant le système Cre-loxP pour exprimer spécifiquement la mutation Kir6.2-V59M dans les PV-IN. À travers une série de croisements, ils ont produit des souris portant la mutation Kir6.2-V59M et avec des tag PV marqués en rouge fluorescent.

Expériences électrophysiologiques et comportementales

Les propriétés intrinsèques, la transmission synaptique et l’activité réseau des PV-IN ont été testées via des patch-clamp en cellule entière. Des enregistrements de potentiels de champ local (LFP) ont été utilisés pour évaluer l’impact des PV-IN sur l’activité du réseau hippocampique, y compris les ondes aigües et les oscillations gamma. De plus, une surveillance électroencéphalographique sans fil prolongée a été utilisée pour étudier l’activité épileptique spontanée et les rythmes circadiens des souris modèles DEND.

Etudes histologiques et immunohistochimiques

La distribution et la morphologie des PV-IN de la région CA1 de l’hippocampe ont été analysées à l’aide de la coloration immunohistochimique et de la microscopie par feuillet de lumière pour explorer l’impact des mutations sur la structure des modules tissulaires cellulaires.

Résultats de l’étude

Impact de l’activation du canal KATP sur l’activité réseau

Les auteurs, en appliquant l’agoniste du canal KATP diazoxide sur des souris de type sauvage, ont découvert que l’activation du canal réduisait significativement le nombre d’ondes aigües spontanées dans la région hippocampique et abaissait la fréquence de crête des oscillations gamma. Cette étude démontre que l’activation du canal perturbe considérablement l’activité réseau du cerveau.

Impact des mutations DEND sur l’activité réseau hippocampique

Utilisant des souris modèles portant la mutation Kir6.2-V59M, ils ont également observé une réduction significative de la fréquence des ondes aigües hippocampiques et une altération marquée des oscillations gamma, de sorte qu’elles ne pouvaient atteindre leurs plages de fréquences normales, révélant l’impact destructeur de la mutation sur la fonction du réseau hippocampique.

Impact sur les interneurones PV

La mutation Kir6.2-V59M ne modifie pas directement le potentiel membranaire ou les propriétés intrinsèques des PV-IN, mais réduit significativement les caractéristiques des oscillations gamma des cellules, y compris les oscillations endogènes et les propriétés de résonance. La mutation réduit également la capacité des PV-IN à exercer une inhibition synaptique de courte durée sur les neurones pyramidaux. Tous ces facteurs conduisent à la perturbation de l’activité réseau en série.

Crises épileptiques et perte du spectre gamma nocturne

Dans les expériences in vivo, les souris du groupe mutant Kir6.2-V59M ont montré une activité épileptique évidente, avec une moyenne de 2,7 crises par jour. Cependant, les données LFP ont montré que pendant les transitions rythmées jour/nuit, les souris modèles DEND ne parvenaient pas à activer normalement leur spectre gamma nocturne, suggérant des déficiences cognitives et mnésiques.

Effet antagoniste pharmacologique de l’indolcarboxamide

Les expériences in vitro sur des tranches cérébrales aiguës ont montré que le nombre d’ondes aigües dans les tranches cérébrales de souris mutantes était partiellement restauré après l’ajout de l’antagoniste du canal KATP, l’indolcarboxamide. Cependant, la résonance gamma était indépendante du blocage pharmacologique, suggérant que la mutation du canal entraîne des effets persistants sur la morphologie et les connexions cellulaires.

Modifications morphologiques des PV-IN

L’étude a révélé que la mutation Kir6.2-V59M provoquait une augmentation de la distribution en grappes et de la randomisation locale des PV-IN, indiquant que la mutation affectait la disposition organisationnelle des PV-IN dans la région CA1 de l’hippocampe. De plus, le ratio de ramification dendritique des PV-IN a légèrement augmenté, indiquant que leur sensibilité à la mutation variait localement.

Conclusion

Cette étude, en introduisant de manière ciblée une mutation pathogène DEND dans les interneurones intermédiaires PV des souris modèles, a expliqué de manière systématique le rôle de régulation clé du canal KATP dans les réseaux neuronaux cérébraux. Cette étude est la première à révéler comment la mutation DEND empêche les PV-IN de générer et de maintenir normalement les oscillations gamma, entraînant des troubles cognitifs et fonctionnels du réseau, et offrant une base théorique importante pour explorer des moyens thérapeutiques. De plus, le modèle expérimental fournit une voie directe pour de futures études sur le rôle du canal KATP dans les fonctions cellulaires neuronales.