Que sont les astrocytes ?

07Mai 2020 by admin No Comments

Par Deepthi Sathyajith, M.Pharm.Révisé par Michael Greenwood, M.Sc.

Qu’est-ce que les astrocytes ?

Les astrocytes sont des cellules neurogliales très hétérogènes présentant des caractéristiques fonctionnelles et morphologiques distinctes dans différentes parties du cerveau. Ils sont responsables du maintien d’un certain nombre de processus complexes nécessaires au bon fonctionnement du système nerveux central (SNC).

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Morphologie et physiologie des astrocytes

Les astrocytes humains sont classés en fonction de leur emplacement anatomique et de leur morphologie cellulaire en astrocytes protoplasmiques, astrocytes fibreux, astrocytes interlaminaires, astrocytes polarisés et astrocytes à projection variqueuse.

Les astrocytes protoplasmiques se trouvent dans la substance grise du cerveau, tandis que les astrocytes fibreux se trouvent dans la substance blanche du cerveau. Les astrocytes interlaminaires et les astrocytes polarisés sont présents dans les couches corticales proches de la substance blanche.

Les astrocytes de projection variqueux résident également dans les couches corticales profondes. Cependant, contrairement aux astrocytes interlaminaires, ils ne sont pas présents dans les cerveaux néonataux.

Les astrocytes forment des séquences non superposées, semblables à des tuiles, dans le SNC et jouent un rôle important dans l’augmentation de la concentration de calcium intracellulaire. L’augmentation du calcium intracellulaire est nécessaire pour maintenir la communication astrocyte-astrocyte et astrocyte-neurone et aide les astrocytes dans la transmission synaptique.

Ils sont impliqués dans le maintien de l’homéostasie moléculaire, systémique, organique, métabolique, ainsi que cellulaire et de réseau. Dans l’homéostasie moléculaire, les astrocytes régulent la libération de molécules de neurotransmetteurs comme le glutamate, les purines, la D-sérine et l’acide gamma aminobutyrique (GABA). Les astrocytes régulent également le pH et l’homéostasie des ions K+, Ca2+ et Cl-.

Les astrocytes participent au fonctionnement du système lymphatique, et au contrôle de la barrière hémato-encéphalique pour maintenir l’homéostasie des organes. L’homéostasie métabolique voit l’implication des astrocytes dans la régulation du flux sanguin local, la fourniture d’un soutien métabolique, et la synthèse et le stockage du glycogène.

Les astrocytes ont un rôle prépondérant dans l’homéostasie du sommeil et dans la régulation de la prise alimentaire et de l’équilibre énergétique dans le cadre du soutien homéostatique systémique. Dans l’homéostasie cellulaire et des réseaux, les astrocytes fournissent un soutien pendant la neurogenèse, la plasticité synaptique, ainsi que dans la synaptogenèse, le maintien et l’élimination synaptique.

Identification des astrocytes

La protéine acide fibrillaire gliale (GFAP) est un marqueur prototypique qui est utilisé pendant la détection immunohistochimique des astrocytes. Cependant, la GFAP peut ne pas être présente à des niveaux détectables dans de nombreux tissus sains du SNC en raison des diverses autres molécules de signalisation intra-cellulaires et inter-cellulaires.

Les autres marqueurs moléculaires comprennent la S100β, la glutamine synthétase et le gène codant pour la protéine Aldehyde Dehydrogenase 1 Family Member L1 (Aldh1L1). En outre, les techniques de microréseau et de séquençage de l’acide ribonucléique (ARN) associées au tri cellulaire activé par fluorescence (FACS) ou à d’autres techniques d’immunopanning ont été utilisées pour caractériser le profil complet de l’ARNm des astrocytes humains.

Des colorants fluorescents tels que les colorants Alexa ou les colorants Lucifer sont également utilisés pour visualiser les astrocytes. Des sondes avec des spectres différents sont également combinées pour permettre une visualisation sélective des astrocytes. De même, la sulforhodamine 101 et la sulforhodamine B ou G sont des sondes cationiques fluorescentes gliophiles qui peuvent être administrées par voie intraveineuse pour identifier les astrocytes lorsqu’ils pénètrent la barrière hémato-encéphalique.

Ces dernières années, un certain nombre de marqueurs génétiquement codés sont utilisés pour visualiser les astrocytes, comme le caméléon jaune Nano 50 (YC-Nano50).

Rôle des astrocytes dans le développement du SNC

Les astrocytes guident le mouvement des axones et des neuroblastes lors de leur développement et libèrent de la thrombospondine, une glycoprotéine, pour une formation et un fonctionnement synaptiques corrects. Les astrocytes produisent également des prostaglandines, de l’acide arachidonique et de l’oxyde nitrique qui contribuent à la régulation du flux sanguin local dans le SNC. En dehors de cela, les astrocytes sont également impliqués dans le métabolisme du SNC car ils sont connus pour être la principale unité de stockage du glucose dans le SNC.

Rôle des astrocytes dans les maladies

L’une des caractéristiques des troubles neurodégénératifs est l’astrogliose réactive. L’astrogliose réactive est un changement observé dans les astrocytes aux niveaux cellulaire, moléculaire et fonctionnel, indiquant un traumatisme du SNC causé soit par une blessure, soit en raison de l’apparition d’un état pathologique.

Selon la gravité des lésions du SNC, l’astrogliose réactive a été classée en astrogliose réactive légère à modérée, diffuse grave et grave. Dans l’astrogliose réactive légère à modérée, la régulation ascendante de l’expression de la GFAP est variée ainsi que l’hypertrophie cellulaire au sein des astrocytes individuels.

Dans l’astrogliose réactive diffuse sévère, la régulation ascendante de la GFAP est plus élevée avec une hypertrophie cellulaire se déplaçant au-delà des astrocytes individuels conduisant à l’entremêlement et au chevauchement des processus des astrocytes adjacents. La recherche a démontré que l’astrogliose réactive sévère est un résultat de la lésion du cerveau et de la moelle épinière et indique un mauvais pronostic, bien que certaines études aient également suggéré les propriétés neuroprotectrices des astrocytes réactifs formant des cicatrices après un tel traumatisme.

Les astrocytes réactifs jouent un rôle important dans la propagation des infections, en particulier celles d’origine virale. Par exemple, dans le cas de l’encéphalite à herpèsvirus humain 6 (HHV-6), le virus peut provoquer une encéphalite aussi bien chez les adultes immunodéprimés que chez les adultes sains. L’apparition d’astrocytes revêt une importance diagnostique, en particulier après un accident vasculaire cérébral ou dans d’autres maladies cérébrovasculaires telles que l’infarctus ischémique, où l’on observe que les astrocytes entourent des zones d’encéphalomalacie kystique.

Les astrocytes en thérapie

Le rôle important que jouent les astrocytes dans la santé neuronale a suscité l’intérêt des chercheurs qui les considèrent comme de nouvelles cibles thérapeutiques pour une variété de troubles. De nombreuses méthodes de traitement sont explorées pour cibler les voies astrocytaires nocives, comme les nanoformulations, les traitements utilisant des peptides, ainsi que la thérapie génique virale.

Approximativement 20 % des maladies familiales du motoneurone sont causées par le gène de la superoxyde dismutase cuivre-zinc (SOD1). Blackburn et al. ont démontré que la réduction sélective du gène peut entraîner un retard dans l’apparition de la maladie, bien que son effet sur la durée de vie soit moindre. La modulation des astrocytes réactifs en raison de leur grande plasticité est une stratégie thérapeutique qui a été suggérée pour la thérapie cellulaire de l’AVC par Choudhary et al.

En outre, des méthodologies de transplantation telles que la greffe de cellules souches pour produire des astrocytes matures sont étudiées dans des modèles de souris pour des maladies telles que la sclérose latérale amyotrophique (SLA). L’une de ces études a consisté à transplanter des cellules souches neurales (CSN) humaines dans des modèles animaux de la maladie de Parkinson (MP) induite par une toxine et a montré un ralentissement des symptômes progressifs de la MP dû à la stimulation de la dédifférenciation des astrocytes. Une autre étude utilisant des rats atteints de la maladie de Huntington (HD) a également rapporté une différenciation des CSN en astrocytes et en neurones dans le striatum du rat.

La recherche reconnaissant que les astrocytes jouent un rôle crucial dans la santé neuronale et pas seulement un « rôle de soutien », de nombreux modèles animaux utiles, ainsi que des matrices tridimensionnelles, sont en cours de développement pour améliorer les applications thérapeutiques des astrocytes.

Sources
- Sofroniew MV et al. (2010). Astrocytes : biologie et pathologie. Acta Neuropathol. doi : 10.1007/s00401-009-0619-8.
- Verkhratsky A et al. (2017). Physiologie de l’astroglia. Revues physiologiques. Revue américaine de physiologie. https://journals.physiology.org/doi/pdf/10.1152/physrev.00042.2016
- Siracus R et al. (2019). Astrocytes : Rôle et fonctions dans les pathologies cérébrales. Frontières de la pharmacologie. Neuropharmacologie. https://doi.org/10.3389/fphar.2019.01114
- Blacburn D et al. (2009). Fonction et rôle des astrocytes dans les maladies du motoneurone : une future cible thérapeutique ? Glia. doi : 10.1002/glia.20848.
- Choudhary GR et al. (2016). Astrocytes réactifs et potentiel thérapeutique dans l’accident vasculaire cérébral ischémique focal. Neurobiol Dis. doi:10.1016/j.nbd.2015.05.003.
- Valori CF et al. (2010). Astrocytes : Cibles thérapeutiques émergentes dans les troubles neurologiques. Tendances en médecine moléculaire. https://doi.org/10.1016/j.molmed.2019.04.010
- Tang Y et al. (2017). Progrès actuels dans la dérivation et l’application thérapeutique des cellules souches neurales. Mort cellulaire et maladie. https://doi.org/10.1038/cddis.2017.504

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Lectures complémentaires

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