III.4.b.i) VGLUT3 dans le système visuel
Dans la rétine, il existe de nombreux types cellulaires différents dont notamment les photorécepteurs (cônes et bâtonnets), les cellules ganglionnaires, les cellules bipolaires, et les cellules amacrines.
La population de cellules amacrines constituent l’essentiel des interneurones inhibiteurs de la rétine et présente une large diversité morphologique et moléculaire avec plus de 50 types différents de cellules amacrines chez la souris (MacNeil and Masland, 1998; Marc and Liu, 2000; Mosinger et al., 1986; Pourcho and Goebel, 1985). Les cellules amacrines assurent le transfert des signaux entre les cellules bipolaires et les cellules ganglionnaires et sont capables de libérer du GABA ou de la glycine (Masland, 2012; Wässle et al., 2009).
VGLUT3 a été retrouvé dans une sous-population de cellules amacrines dans la couche plexiforme interne chez le rat, la souris, le macaque et le pigeon. Cette découverte mettrait en lumière le premier type de cellules amacrines excitatrices décrits dans la rétine (Atoji and Karim, 2014; Fremeau et al., 2002; Gong et al., 2006; Grimes et al., 2011; Haverkamp and Wässle, 2004; Johnson et al., 2004; Stella et al., 2008).
Cette sous-population VGLUT3-positive constitue seulement 1% de la totalité des cellules amacrines dans la rétine des mammifères. Elles se caractérisent par l’expression de fort taux de glycine, du transporteur plasmique de la glycine, et par la formation de synapses en face desquels sont présents des récepteurs glycinergiques (Haverkamp and Wässle, 2004). En revanche, aucun autre transporteur vésiculaire n’est identifié à l’exception de VGLUT3, que ce soit celui de la glycine, de VIAAT ou d’un autre NT présent dans les cellules amacrines (ACh et/ou dopamine) (Haverkamp and Wässle, 2004).
Récemment une étude a montré que les cellules amacrines VGLUT3-positives sont capables de libérer du glutamate de façon dépendante au calcium (Lee et al., 2014).
Ainsi, ces cellules décrites comme étant seulement inhibitrices pourraient avoir un rôle excitateur.
III.4.b.ii) VGLUT3 dans le système auditif
Le système auditif humain est constitué de trois éléments de nature et de fonctions différentes : l’oreille externe, l’oreille moyenne et l’oreille interne. Le rôle majeur de ce système est la transformation de vibrations acoustiques aériennes captés par l’oreille externe, en messages nerveux dans l’organe interne, intégrables par le SNC (Figure 23).
Un des acteurs essentiels dans l’audition se trouve dans l’oreille interne. Il s’agit d’un organe appartenant à la cochlée, l’organe de Corti. Celui-ci est constitué notamment de cellules sensorielles possédant des stéréocils appelées cellules ciliées externes et internes, et de fibres nerveuses des neurones de type I et II du ganglion spiral.
Figure 23: Schéma de l’appareil auditif humain.
L’organisation de l’oreille humaine est représentative de celles de tous les mammifères. L’oreille externe est constituée du pavillon, du conduit auditif externe et de la face externe du tympan pour capter les ondes sonores transmise à l’oreille moyenne. Celle-ci met en relation le tympan avec la fenêtre ovale de la cochlée. Elle comprend la face interne du tympan et les osselets (marteau, enclume, et étrier). L’oreille interne est formée par la cochlée, l’organe de l’audition et les organes de l’équilibre. (D’après www.audition.fr)
Pour pouvoir être transmise au SNC et être intégré comme signal auditif, les vibrations doivent atteindre la cochlée en passant d’abord par l’oreille externe et l’oreille moyenne. Elles vont alors entraîner le mouvement des liquides et des membranes constituant la cochlée. Cela provoque alors l’inclinaison des stéréocils des cellules ciliées induisant l’activation des fibres nerveuses des neurones du ganglion spinal qui transmettent le signal devenu électrochimique au cortex cérébral.
VGLUT3 a été retrouvé dans le système auditif et particulièrement dans l’organe de Corti, organe sensoriel clé de l’audition.
En effet, il apparaît que les synapses à ruban (synapses spécialisées permettant une libération rapide et soutenue de NT) formées entre les cellules ciliées internes et les neurones de type I du ganglion spiral sont glutamatergiques (Eybalin, 1993; Puel, 1995; Ruel et al., 2007).
VGLUT3 est le seul des trois isoformes des VGLUTs présent sur les VS des cellules ciliées internes. En revanche, il n’a jamais été observé dans les cellules ciliées externes (Ruel
et al., 2008; Seal et al., 2008). Selon certaines études, la présence de VGLUT3 semble avoir un rôle essentiel dans la transmission de l’information auditive.
En effet, il a été montré que l’invalidation du gène de VGLUT3 entraîne une surdité profonde chez la souris (Ruel et al., 2008; Seal et al., 2008). Aucune réponse nerveuse n’a été observé suite à une stimulation sonore suggérant un défaut de transmission des voies auditives.
D’autre part, des études menées sur les souris VGLUT3-/- présentant par conséquent une surdité, ont mis en évidence une diminution du nombre de neurones auditifs primaires de type I avec cependant, un processus d’exocytose des VS non perturbé en l’absence de VGLUT3 (Ruel et al., 2008). Ainsi, le défaut de transmission au niveau de la synapse des cellules ciliées internes serait dû à l’absence de libération de glutamate conséquente à l’impossibilité de l’accumulation de glutamate dans les vésicules par l’absence de VGLUT3.
Par ailleurs, chez ces mêmes souris VGLUT3-/-, des changements de morphologie précoces ont été observés. En effet, une réduction progressive du nombre de neurones dans le ganglion spiral ainsi qu’une réduction de la taille du noyau cochléaire ont été rapportés (Seal et al., 2008).
VGLUT3 semble alors jouer un rôle développemental et être essentiel à la libération du glutamate dans les cellules ciliées internes.
De plus, une mutation ponctuelle (pA211V) sur le gène codant VGLUT3 a été identifiée comme étant responsable d’une surdité progressive chez l’Homme (DFNA25)(Ruel et al., 2008). Il s’agit de la première mutation d’un VGLUT associée à une pathologie humaine. La mutation pA221V responsable de la surdité DFNA25 chez l’Homme s’exprime chez la souris par la mutation pA224V sur le gène codant VGLUT3. Chez les souris VGLUT3A224V/A224V, cette mutation entraîne une diminution importante de l’expression de VGLUT3 (70%) dans les terminaisons nerveuses. Toutefois, son action ne semble pas altérée. Cette forte diminution de VGLUT3 s’accompagne d’une réduction du nombre de vésicules VGLUT3 positives à la synapse (Ramet et al., 2017). D’autres études menées au sein de l’équipe ont montré que cette mutation entraîne des altérations morphologiques des cellules ciliées internes. En effet, celles-ci présentent des stéréocils déformés et fusionnés laissant supposer l’incapacité de ces cellules à transmettre les informations acoustiques en message nerveux. VGLUT3 interviendrait également dans l’activation de la mort autophagique de façon indirect via la protéine Becline 1 (Thèse Stéphanie Miot, 2017).
D’un point de vue clinique, ce type de surdité s’apparente à une forme de presbyacousie, c’est-à-dire à une perte d’audition bilatérale et symétrique liée à l’âge et touchant essentiellement les hautes fréquences.