IV.1. Description
Les astrocytes sont les cellules les plus abondantes du SNC. Ils sont regroupés en deux catégories principales basées sur leur morphologie et leur localisation. On distingue les astrocytes fibreux, retrouvés principalement dans la substance blanche et possédant une morphologie de type étoilée, et les astrocytes protoplasmiques, présents essentiellement dans la substance grise et enveloppant les fibres neuronales. A ces deux catégories s’ajoute une troisième catégorie qui rassemble les cellules gliales de Bergmann, retrouvées dans la couche de Purkinje du cortex cérébelleux. Il existe toutefois de nombreuses exceptions à cette classification. Ainsi, une seconde classification a été établie en fonction de leur origine développementale.
L’origine des astrocytes n’est pas totalement élucidée. Une première théorie suggère que les astrocytes dérivent de la zone ventriculaire et sous-ventriculaire en développement à partir de la glie radiaire. Ces cellules, qui jouent un rôle dans le guidage des neuroblastes et des progéniteurs multipotents, se différencieraient en astrocytes matures une fois cette fonction achevée. Les astrocytes répondant à cette description sont nommés astrocytes de type I (Gee and Keller, 2005). Une seconde théorie sous tend que les astrocytes proviennent directement de la zone ventriculaire ou sous ventriculaire sans différenciation de la glie radiaire. Ils dériveraient en effet directement de progéniteurs spécialisés présents dans ces zones. Les astrocytes issus de ces progéniteurs sont nommés astrocytes de type II (Gee and Keller, 2005).
IV.2. Fonctions des astrocytes
De nombreuses fonctions ont été attribuées aux astrocytes. Celles-ci incluent le support cellulaire lors du développement du SNC, l’homéostasie ionique, la re-capture des neurotransmetteurs, la libération de facteurs de croissance et de survie des neurones, ainsi que la formation de la BHE. De plus, les astrocytes sont des régulateurs importants de l’immunité dans le SNC. Par ailleurs, outre le support trophique et métabolique des neurones, des données récentes ont démontré une fonction de modulateur de la transmission synaptique, par libération de neuromédiateurs dans la fente synaptique (Volterra and Meldolesi, 2005). Dans le cas de lésion du SNC, les astrocytes proliférent, s’hypertrophient et synthétisent de nouvelles protéines (Ridet et al., 1997). Ces astrocytes « réactifs » ainsi constituent une barrière physique et biochimique isolant le site de la lésion
certaines protéines sont synthétisées spécifiquement lors de cet état activé. Ainsi, les protéines glial fibrially astrocytic protein (GFAP), vimentine et S-100β sont les marqueurs les plus couramment utilisés pour identifier les astrocytes dans le SNC lésé mais aussi intact (Ridet et al., 1997).
IV.3. Ciblage astrocytaire par les vecteurs viraux
IV.3.1. Vecteurs à tropisme astrocytaire
Les différents vecteurs viraux utilisés depuis quinze ans pour le transfert de gène dans le SNC possèdent un tropisme plus ou moins préférentiel pour les astrocytes, sans qu’aucun de ces vecteurs ne les transduise exclusivement. Les lentivecteurs couramment utilisés, pourvus de l’enveloppe VSV et du promoteur CMV, transduisent efficacement les cellules gliales sans pour autant induire une forte restriction de l’expression. En effet, la transduction gliale est de l’ordre de 20 à 55% dans le cerveau de souris (Baekelandt et al., 2002). Pour ce qui concerne les vecteurs AAV, un tropisme astrocytaire plus ou moins fort peut être observé en fonction du sérotype utilisé. L’AAV de type 4 permet de transduire efficacement les cellules épendymaires et les astrocytes de la zone sous ventriculaire {Liu et al., 2005}. Cependant, le tropisme des vecteurs AAV étant fortement dépendant de la zone cérébrale ciblée, il n’est pas certain que ces AAV de type 4 transduisent majoritairement les astrocytes dans le striatum.
L’utilisation d’un promoteur spécifique des astrocytes tel que pGFAP permet de restreindre l’expression aux astrocytes de manière plus forte, lorsqu’utilisé avec un vecteur lentiviral (Jakobsson et al., 2003), adenoviral (Navarro et al., ;Do Thi et al., 2004), baculoviral (Wang and Wang, 2006). Cependant, une fuite neuronale plus ou moins importante est constatée selon le vecteur, en particulier dans un contexte lentiviral. Celle-ci serait liée en particulier à la fonctionnalité du pGFAP dans les neurones (Su et al., 2004).
IV.3.2. Restriction astrocytaire de l’expression du GDNF
Deux études, parues en 2004, rapportent la restriction de l’expression du GDNF aux astrocytes. Dans les deux cas, le GDNF était placé sous contrôle du promoteur GFAP et transféré soit via un vecteur lentiviral pseudotypé par VSV (Jakobsson et al., 2004) soit via un vecteur adénoviral de 3ème génération (Do Thi et al., 2004). Le travail de Jakobsson est basé sur de précédents résultats obtenus avec un vecteur lentiviral codant la GFP placée sous contrôle du promoteur GFAP qui montraient une forte transduction des astrocytes (Jakobsson et al., 2003). Le transfert intrastriatal du GDNF permet une synthèse de GDNF,
augmentée d’un facteur 3 dans le cas d’une lésion à la 6-OHDA. Cette augmentation est due à l’activation des astrocytes induite par la lésion, activant ainsi le promoteur GFAP. Le dosage de GDNF au niveau de la SN révèle la présence de GDNF dans cette structure, indiquant que des neurones striataux sont transduits. Dans cette structure, le GDNF est retrouvé à des niveaux proches de la valeur expérimentale à laquelle la protéine exerce son action, suggérant une fuite importante du promoteur. L’impact de la dispersion de la protéine dans la SN n’a pas été étudié, de même que le transport du GDNF dans le GP et le NEP. Enfin, l’étude de l’expression à long terme du GDNF par ces vecteurs n’a été réalisée.
La seconde étude, publiée par le LGN, rapporte la restriction de l’expression du GDNF aux astrocytes striataux en placant le GDNF sous contrôle du pGFAP dans un vecteur Ad de 3ème génération (Do Thi et al., 2004). Le transfert du gène instrastriatal permet une expression efficace du GDNF (3,5 ng par mg de tissu) mais ne se maintient que pendant 6 semaines. Au-delà, on observe une diminution de l’expression qui tiendrait à la réaction inflammatoire produite par le vecteur (entraînant la mort des cellules transduites) et/ou la régulation négative du promoteur GFAP. Par ailleurs, le dosage du GDNF dans la SN indique une détection de GDNF (environ 0.03 ng par mg) proche du bruit de fond et nettement inférieur à la dose expérimentale à laquelle le GDNF est actif (Kirik et al., 2000a). Néanmoins, comme pour l’étude précédente, la dispersion fine du GDNF n’a pas été étudiée, en particulier dans le NEP et la SNr.
Récemment, un vecteur baculoviral pourvu d’un pGFAP a été construit et son injection intracérébrale a montré une transduction importante des astrocytes (Wang and Wang, 2006). Cependant, l’expression induite par ce vecteur est faible et ne perdure pas (Sarkis et al., 2000) ce qui nécessite de nombreuses optimisations pour rendre ce vecteur efficace pour une utilisation clinique.