Les astrocytes activés sont capables d’utiliser la voie des corps cétoniques

Les résultats précédents montrent que même si la consommation de glucose est diminuée, les étapes aval de production d’ATP (i.e. activité du complexe IV de la mitochondrie) ne sont pas modifiées. Ceci suggère qu’une voie métabolique alternative

alimentant la chaîne respiratoire pourrait se mettre en place avec l’activation des astrocytes par le CNTF. Pour tester cette hypothèse, nous avons étudié la voie d’oxydation des corps cétoniques (CC) qui conduit à la production d’acétyl-CoA et de NADH, H+ (Fig. 7 de l’introduction).

a. Les astrocytes activés présentent une forte activité BDH

Nous avons étudié l’activité et l’expression de la β-hydroxybutyrate déshydrogénase (BDH), l’enzyme de la voie des corps cétoniques qui métabolise le β-hydroxybutyrate (BHB). L’activité de la BDH est étudiée par histochimie sur des coupes de rats lenti-CNTF/lenti-LacZ (n=7) et Veh/lenti-LacZ (n=7). Dans les groupes contrôles, le marquage obtenu est diffus alors que de nombreuses cellules de forme étoilées sont visibles dans le striatum injecté avec lenti-CNTF (Fig.12A). Ces cellules ayant une forte activité BDH sont présentes au niveau du corps calleux et autour des vaisseaux, ce qui suggère que ces cellules sont des astrocytes. Pour déterminer sans ambiguïté la nature de ces cellules, un double marquage de la BDH et de la vimentine ou de NeuN a été réalisé. Le marquage de la BDH est diffus dans le striatum et, de nouveau, des cellules fortement marquées n’apparaissent que dans le groupe lenti-CNTF (Fig. 12B, E). La BDH et la vimentine sont coexprimées par les mêmes cellules qui sont des astrocytes activés (Fig. 12B-D et F-H) alors qu’aucun co-marquage n’est visible entre la BDH et le marqueur neuronal NeuN (Fig. 12I-K).

Les astrocytes activés surexpriment la BDH et ont donc le potentiel d’utiliser les CC comme substrat énergétique alternatif. L’utilisation des CC est aussi conditionnée par l’abondance des transporteurs MCT.

b. Le transporteur aux monocarboxylates MCT-1 est surexprimé dans le

groupe lenti-CNTF

Les CC entrent dans le cerveau par les transporteurs aux monocarboxylates MCT exprimés par les cellules endothéliales et les astrocytes. Pour évaluer si la capacité de transport des CC était modifiée par l’activation des astrocytes, nous avons réalisé un marquage immunohistologique de MCT-1 et MCT-2.

Le marquage de MCT-1 est plus fort dans le groupe lenti-CNTF (Fig. 13), dans une zone qui correspond à la zone d’activation des astrocytes par le CNTF obtenue classiquement (cf. Fig. 6). A plus fort grossissement, on observe un marquage du neuropile et des capillaires sanguins. Le marquage du neuropile est fortement augmenté dans le groupe lenti-CNTF. Ce type de marquage rend difficile l’analyse de localisation cellulaire (neurone versus astrocyte) ou subcellulaire (membrane plasmique versus mitochondrie) de MCT-1, même par double marquage et microscopie confocale (données non montrées).

L’expression de MCT-2 n’est pas augmentée de manière importante dans le groupe lenti-CNTF, et le marquage fait apparaître très majoritairement des vaisseaux sanguins données non montrées).

c. L’activité de la lactate déshydrogénase (LDH) n’est pas augmentée

Etant donné que les transporteurs MCT sont aussi responsables du transfert de lactate entre les cellules (Pierre et Pellerin, 2005), nous avons voulu voir si l’augmentation d’expression du transporteur dans le groupe lenti-CNTF était associée à une augmentation de l’activité de la LDH qui oxyde le lactate. Comme pour les autres enzymes étudiées, l’activité de la LDH (dans le sens de l’oxydation du lactate) a été mise en évidence sur des coupes de cerveaux par histochimie.

L’activité spécifique de la LDH est faiblement mais significativement diminuée de 11% dans le striatum injecté avec lenti-CNTF, en comparaison avec le côté contralatéral injecté avec lenti-LacZ (p<0,01, test t apparié, n=6, Fig. 14A, B). En revanche, aucune différence n’est observée dans le groupe contrôle entre le striatum injecté avec lenti-LacZ ou Veh (p=0,88, test t apparié n=6). De plus, aucune cellule ayant une forte activité (comme c’était le cas pour la BDH) n’est visible dans le striatum injecté avec lenti-CNTF (données non montrées). Enfin, le niveau d’expression de la sous-unité H de la LDH1 (qui réalise plus facilement la réaction d’oxydation du lactate que la LDH5) n’est pas changée de façon détectable par immunoblot (p=0,32, ANOVA, Fig. 14C).

Ces résultats montrent que même si le niveau d’expression de MCT1, qui transporte à la fois les CC et le lactate, est augmenté dans le groupe lenti-CNTF, seule la voie

d’utilisation des CC semble activée. Pour déterminer si l’utilisation des CC est effective dans ce groupe, nous avons évalué l’utilisation striatale de BHB marqué radioactivement.

d. L’activation des astrocytes est associée à une augmentation de la

consommation du BHB

La consommation du BHB a été évaluée par une méthode autoradiographique similaire à celle employée avec le FDG.

Les autoradiogrammes obtenus après injection i.v. de 14C-BHB révèlent que la consommation de BHB dans le striatum adulte est hétérogène et basse, surtout en comparaison avec un cerveau de rat non sevré (Fig. 15A). De plus, les ventricules présentent un marquage très fort qui contamine le striatum. Malgré cela, des légères différences de consommation de BHB sont visibles chez les rats lenti-CNTF/lenti-LacZ (n=8). Des zones de plus forte activité sont visibles autour du site d’injection et le long du corps calleux dans le striatum des rats injectés avec lenti-CNTF (Fig. 15B). La quantification de l’activité moyenne dans des sphères centrées sur le point d’injection met en évidence une augmentation limitée mais significative de la consommation de BHB du côté CNTF (55,2 ± 1,6 nCi/g et 50,1 ± 2,1 nCi/g, +10%, p<0,001, test t apparié, sphère de 2,8 mm3). Dans le groupe contrôle Veh/lenti-LacZ (n=3), aucune différence significative n’est détectée entre les deux côtés (p=0,17, test t apparié).

Même si la consommation de BHB par le cerveau des rats lenti-CNTF est limitée, l’ensemble de ces résultats montre que l’activation des astrocytes par le CNTF induit des modifications profondes dans le métabolisme énergétique cérébral. Nous avons par la suite étudié la régulation de l’homéostasie glutamatergique, une autre fonction capitale qui peut potentiellement être modifiée par l’activation des astrocytes.

C. L’activation des astrocytes est associée à un changement dans