La glie ou neuroglie est un terme qui renvoie aux cellules gliales. Il s’agit de toutes les cellules non neuronales qui composent le système nerveux central (SNC). Une des caractéristiques qui définit les neurones est la capacité à se dépolariser pour propager des signaux électriques appelés potentiels d’action. La dénomination de cellules gliales s’est ainsi faite par opposition à cette propriété neuronale. En 1856, Rudolph Virchow décrivait la glie comme étant simplement du tissu de soutien dans lequel s’intègre le réseau de neurones. Aujourd’hui, nous savons que dans le cerveau des mammifères, cette catégorie renvoie à plusieurs types de cellules avec différents rôles qui sont essentiels au sein du cerveau. Le type cellulaire le plus abondant parmi celles-ci est l’astrocyte. En effet, le cerveau humain est composé à 50 % de cellules gliales, et même si les proportions varient d’une structure à une autre, on estime que les astrocytes à eux seuls représentent 20 % de toutes les cellules du cerveau (von Bartheld, Bahney and Herculano-houzel 2016). Le terme astrocyte a été introduit par Michael von Lenhossék en 1895 et fait référence à la morphologie étoilée de ces cellules. Mais ce sont les travaux de Ramon y Cajal au tout début du XXème siècle qui ont permis la démocratisation de cette appellation (Figure 14). Il a notamment développé une coloration basé sur le chlorure aurique et le chlorure de mercure qui permet de marquer spécifiquement les astrocytes en marquant
Figure 14 : Images d'astroglie dessinées par Ramon y Cajal au début du XXème siècle. A : Glie corticale humaine
après coloration de Golgi dans la couche plexiforme (A-D), dans la deuxième et troisième couche (respectivement E-H et K, R), et glie périvasculaire (I et J) à proximité d’un vaisseau sanguin (V). B : astrocytes périvasculaires.
Introduction
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sans le savoir la glial fibrillary acidic protein (GFAP) (Garcia-Marin, Garcia-Lopez and Freire 2007). Cette coloration a permis de marquer les prolongements astrocytaires et donc de mettre en évidence tout la complexité et la diversité morphologique de ces cellules. La GFAP est une protéine des filaments intermédiaires et qui constitue un des marqueurs de prédilection pour cibler les astrocytes, tant pour les expériences d’immunohistochimie que pour l’utilisation de son promoteur dans le but d’induire des expressions géniques spécifiquement astrocytaires (Verkhratsky and Nedergaard 2018). La diversité morphologique des astrocytes permet de distinguer deux sous-populations principales. Les astrocytes fibreux d’une part, que l’on retrouve dans la substance blanche et les astrocytes protoplasmiques de l’autre, observés au sein de la substance grise. Dans l’hippocampe, région qui concentre le travail présenté dans cette thèse, on observe uniquement des astrocytes protoplasmiques. Cette sous-population est la plus représentée parmi les astrocytes. Chez les rongeurs, elle se caractérise par des cellules ayant un soma de 10 µm de diamètre environ, avec en général 5 à 10 prolongements primaires à partir desquels va s’élaborer une arborisation extrêmement dense de prolongement plus fins qui confèrent un aspect spongiforme à ces cellules (Figure 15A). Le territoire occupé par un
Figure 15 : Astrocytes protoplasmiques de l’hippocampe marqués par diffusion d’une sonde fluorescente après fixation. (A) Un astrocyte marqué avec de l’Alexa 488 révèle une morphologie spongiforme. (B) Un
astrocyte marqué avec de l’Alexa 488 (vert) et un astrocyte voisin marqué avec de l’Alexa 568 (rouge) montrent une occupation de territoire distincte. L’approche tangentielle des prolongements primaires (flèches blanches) de l’astrocyte de gauche par rapport au territoire de l’astrocyte de droite, laisse penser à un développement a posteriori. Barre d’échelle 15 µm (Adapté de Bushong et al. 2002).
Les Astrocytes
47 astrocyte protoplasmique correspond à une surface qui varie de 50 000 à 80 000 µm3. Une étude menée sur des astrocytes protoplasmiques au sein du cortex de cerveau de souris a permis d’estimer que le territoire d’un seul astrocyte couvrait entre 300 et 600 dendrites, ce qui peut représenter jusqu’à 120 000 synapses (Halassa et al. 2007). Il est intéressant de constater que les territoires occupés par des astrocytes voisins sont distincts et ne se superposent pas (Figure 15B) (Bushong et al. 2002).
Cependant, même s’il n’y a pas de superposition entre les territoires astrocytaires, nous savons que la frontière entre deux territoires adjacents fait l’objet d’un grand nombre de contacts au niveau desquels il a été observé des jonctions communicantes (gap-jonction). Chez l’astrocyte, les composants de ces jonctions communicantes sont principalement la connexine 30 (Cx30) et la connexine 43 (Cx43) (Figure 16A). Outre la possibilité de laisser passer l’eau, ces jonctions permettent la circulation de plusieurs types de molécules avec une taille inférieure à 1,2 kDa (pour revue voir Giaume et al. 2010). Cette propriété permet aux astrocytes d’une même
Figure 16 : Organisation des astrocytes en réseau via des jonctions communicantes (gap-junction). (A)
Localisation et structure des canaux de connexine dans les astrocytes. Les territoires occupés par des astrocytes voisins ne se chevauchent pas et les canaux de jonction intercellulaires sont situés aux points de contact entre astrocytes voisins. Au sein d’un même astrocyte, un prolongement peut entrer en contact avec un autre et former des jonctions interstitielles "réflexives". Les connexines peuvent également fonctionner comme des hémicanaux à la surface de la membrane cellulaire pour échanger des substances avec le milieu extracellulaire. Comme les astrocytes expriment principalement deux connexines on peut rencontrer plusieurs combinaisons de Cx43 (bleu) et de Cx30 (rouge). (Adapté de Giaume et al. 2010). (B) Mise en évidence du couplage astrocytaire dans une tranche aigue d'hippocampe de souris, obtenus après diffusion de la biocytine à partir d'une seule cellule, maintenue en patch-clamp cellule entière pendant 20 min. s.p., stratum pyramidale; s.r., stratum radiatum; s.l.m.,
Introduction
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structure d’être interconnectés les uns aux autres et de former un réseau. Par exemple, sur des tranches aigues d’hippocampe de souris, l’utilisation du patch-clamp en configuration cellule entière sur un astrocyte avec une micropipette contenant de la biocytine (372,48 Da) a permis d’observer la diffusion de cette dernière à travers plus d’une centaine d’astrocytes au bout de 20 min (Figure 16B) (Wallraff et al. 2006).