Optogénétique contrôle de la gliotransmission – OptoGlia

Le cerveau est constitué de deux principaux types de cellules, les neurones et les cellules gliales. Selon la vision traditionnelle, les neurones sont considérés comme étant responsables du traitement de l'information. Les astrocytes exercent une fonction de soutien métabolique, ils occupent 20 à 50 % de la matière grise et forment une population hétérogène. OptoGlia est centré sur l'étude des astrocytes protoplasmiques en culture et dans l'hippocampe.
Il y a une dizaine d'années, il a été suggéré qu'en plus de rôle métabolique, les astrocytes participeraient de façon active au traitement de l'information. C'est le concept de la synapse tripartite qui incluse les éléments neuronaux pré- et post-synaptiques, un prolongement astrocytaire, qui interagissent tous entre eux de façon réciproque. Les astrocytes répondent à l'activité neuronale par des élévations de calcium cytoplasmique qui, en retour, entrainent une libération de "gliotransmetteurs" pouvant moduler l'activité des neurones voisins et activer d'autres astrocytes.
L'idée selon laquelle les astrocytes exercent un contrôle rapide sur l'activité neuronale à des conséquences importantes pour notre compréhension des fonctions cérébrales normales et pathologiques. Cependant, ce concept reste très controversé.
Tout d'abord, bien que les astrocytes puissent libérer du glutamate et d'autres gliotransmetteurs selon un processus dépendant du calcium, les mécanismes de libération restent à identifier et il n'est pas non plus certain que cette libération intervienne dans des conditions physiologiques. Elle pourrait correspondre plutôt à des situations pathologiques ou à des conditions expérimentales non-physiologiques. OptoGlia développera de nouveaux outils optogénétiques permettant une stimulation plus physiologique et contrôlable des astrocytes en culture et in situ.
De plus, plusieurs mécanismes de libération des gliotransmetteurs ont été proposés et pourraient coexister. Une exocytose rapide, de type neuronale, a été suggérée mais la présence de protéines essentielles à ce type de libération, comme les transporteurs vésiculaires du glutamate (VGluTs), les composants du complexe protéique SNARE (e.g. VAMP2) reste controversée. OptoGlia propose de s'attaquer à ces questions en utilisant l'activation optogénétique des astrocytes, l'imagerie de type super-résolution et plusieurs types de souris transgéniques
Il n'y a pas non plus de consensus quant à l'identité des organites vésiculaires impliqués dans la libération de gliotransmetteurs. OptoGlia utilisera la microscopie TIRF, des protéines fluorescentes de type pHluorin pour étudier l'exocytose de vésicules uniques exprimant VAMP2 ou VAMP3 et de lysosomes exprimant CD63.
Finalement, la libération de glutamate et de GABA par les astrocytes induits dans les neurones voisins des courants spécifiques, appelés respectivement SICs (pour slow inward currents) et SOCs (pour slow outward currents). Les mécanismes de libération ne sont pas clairement identifiés. Dans un neurone hippocampique donné, des SICs et des SOCs peuvent être enregistrés mais ne se produisent jamais simultanément. Ceci suggère une hétérogénéité des astrocytes (glutamatergiques ou GABAergiques) ou l'existence d'une compartimentation sub-cellulaire du glutamate et du GABA dans une population unique d'astrocytes. Enfin, les SICs et les SOCs présentent la capacité de synchroniser de petits ensembles de neurones voisins. Ces courants pourraient donc avoir un rôle important, mais encore peu exploré, dans une pathologie comme l'épilepsie. A l'aide d'outils optogénétiques lors d'expériences d'électrophysiologie, nous examinerons les mécanismes de libération de glutamate et de GABA à l'origine des SICs et des SOCs dans des tranches d'hippocampes d'animaux sains et nous analyserons aussi l'impact de ces courants dans un modèle murin d'épilepsie.