Projet ANR-10-BLAN-1440 – SYNAMYEL : Fonctions des entrées synaptiques des cellules NG2 au cours de la myélinisation et la remyélinisation
Programme : Sciences de la vie, de la santé et des écosystèmes :  Neurosciences (Blanc SVSE 4)
Année de financement : 2010
Coordinateur du projet : Monsieur Brahim NAIT OUMESMAR (INSTITUT NATIONAL DE LA SANTE ET DE LA RECHERCHE MEDICALE - DELEGATION PARIS VI)
Partenaires : Institut national de la santé et de la recherche médicale; Institut national de la santé et de la recherche médicale
Montant : 390728.0 euros
Durée : 36 mois
Résumé : Contrôle synaptique de la régénération des oligodendrocytes dans les pathologies démyélinisantesLes cellules exprimant le protéoglycane NG2 (cellules NG2), constituent la principale source d’oligodendrocytes dans le système nerveux central. La découverte de synapses entre neurones et cellules NG2 suggère que l’activité électrique pourrait jouer rôle majeur dans le contrôle de la différenciation des oligodendrocytes. Notre projet vise à déterminer les fonctions de ces synapses dans le contrôle de la (re)-myélinisation.
Influences des synapses neurones-cellules NG2 au cours de la (re)-myélinisationDans le système nerveux central (SNC), les cellules multipotentes exprimant le protéoglycane NG2 (cellules NG2) constituent la principale source d’oligodendrocytes au cours du développement et la remyélinisation. La découverte de synapses fonctionnelles entre neurones et cellules NG2 a suscité un nouveau champ de recherche dans le domaine de la physiologie des cellules gliales. Depuis ces travaux pionniers, plusieurs études ont démontré la présence de contacts synaptiques sur les cellules NG2 dans différentes régions cérébrales. Selon la structure considérée, des contacts synaptiques glutamatergiques ou GABAergiques ont été détectés sur les cellules NG2. Le fonctionnement et le rôle de ces synapses sont encore largement méconnus et soulèvent plusieurs questions sur: i) les mécanismes de la transmission synaptique entre neurones et cellules NG2 et ii) leurs fonctions dans le développement et la régénération des oligodendrocytes.L’objectif de notre projet a pour but d’élucider des fonctions des afférences synaptiques des cellules NG2 dans la genèse des oligodendrocytes au cours de la myélinisation et la remyélinisation du SNC. Ce projet est issu d’une collaboration entre les équipes de Brahim Nait Oumesmar (biologiste cellulaire et moléculaire) et de Maria-Cécilia Angulo (électrophysiologiste) ayant un intérêt commun pour les précurseurs NG2, avec des approches et des expertises complémentaires. Cette synergie nous permet plus spécifiquement d’analyser: 1) Les propriétés électrophysiologiques et morphologiques des synapses NG2 au cours du développement postnatal et leur possible corrélation avec la myélinisation, 2) leur rôle dans le contrôle de la prolifération et la différenciation des oligodendrocytes et 3) leur fonction dans la remyélinisation de lésions démyélinisantes.
Analyses cellulaires, moléculaires et electrophysiologiques des synapses neurones-cellules NG2Nous analysons les propriétés et les fonctions des synapses glutamatergiques des cellules NG2, en combinant des approches electrophysiologiques, cellulaires et moléculaires. Ces approches multidisciplinaires nous permettront de préciser le rôle des afférences glutamatergiques des cellules NG2 dans le contrôle de la prolifération et la différenciation des oligodendrocytes au cours de la myélinisation et la réparation de lésions de la myéline du SNC. Ces approches font appel à des modèles de souris transgéniques permettant un traçage des cellules oligodendrogliales, à différents stades de leur développement. Pour les études fonctionnelles, nous avons généré des vecteurs lentiviraux exprimant des miRNAs permettant une invalidation sélective, ex-vivo et in vivo, des récepteurs glutamatergiques AMPA aux synapses neurones-NG2. Cette technique nous permettra d’évaluer si l’activité synaptique glutamatergique régule la prolifération et la différenciation des cellules NG2, et par voie de conséquence la myélinisation des fibres nerveuses. En parallèle, nous utiliserons des techniques d’optogénétiques afin d’analyser les interactions entre les fibres du corps calleux et les cellules NG2 au cours de la myélinisation et la remyélinisation. L’optogénétique combiné à l’électrophysiologie, nous permettra une activation sélective et rapide des fibres axonales afin de déterminer les conséquences de l’activité neuronale sur le développement des cellules NG2.
Résumé de la soumission : Les cellules NG2, précurseurs d’oligodendrocytes, constituent la source principale de cellules myélinisantes au cours du développement et dans les lésions de démyélinisation du système nerveux central. La mise en évidence de synapses fonctionnelles entre les neurones et les cellules NG2 a ouvert un nouveau champ d’investigation dans le domaine des interactions neurone-glie. Le fonctionnement et le rôle de ces synapses sont encore largement inexplorés et soulèvent plusieurs questions sur : i) les mécanismes spécifiques de la transmission synaptique entre neurones et cellules NG2 et ii) le rôle de ces synapses dans le développement et la régénération des oligodendrocytes.Afin de répondre à ces questions, notre projet est issue d’une collaboration entre les équipes de Brahim Nait Oumesmar (biologiste cellulaire et moléculaire, partenaire 1) et de Maria Cecilia Angulo (électrophysiologiste, partenaire 2) ayant un intérêt commun pour les cellules NG2, avec des approches et des expertises complémentaires. Cette synergie nous permettra plus spécifiquement d’analyser au niveau du corps calleux:1) Les propriétés électrophysiologiques et morphologiques des synapses des cellules NG2 au cours du développement postnatal et leur possible corrélation avec la myélinisation.Nous étudierons les propriétés synaptiques des cellules NG2 dans des souris double transgéniques NG2-DsRed:CNPase-GFP. Ce modèle nous permettra de distinguer aisément les cellules NG2, des pré-oligodendrocytes et des oligodendrocytes matures et d’évaluer la présence de synapses sur d’autres cellules du lignage oligodendrocytaire. L’étude détaillée des propriétés électrophysiologiques se fera suivant une approche d’optogénétique, grâce à la souris Thy1-ChR2-YFP exprimant la channelrhodopsine 2 sur les fibres du corps calleux. Finalement, pour évaluer plus précisément si les entrées synaptiques des cellules NG2 participent au processus de myélinisation, nous étudierons leurs synapses dans la souris déficiente pour Olig1, qui présente des défauts sévères de myélinisation dus à l’arrêt de maturation des pré-oligodendrocytes.2) Leur rôle dans le contrôle de la prolifération et la différenciation des oligodendrocytes.Le rôle fonctionnel des synapses des cellules NG2 sera analysé après une invalidation sélective de la transmission glutamatergique de ces synapses. Pour ces études, nous développerons une stratégie lentivirale shRNA permettant une inactivation sélective de GRIP dans les cellules NG2 in vivo. GRIP est une protéine d’ancrage des sous-unités AMPA GluR2/3 aux synapses excitatrices. Nous rechercherons donc si l’invalidation de l’activité des récepteurs AMPA à la synapse modifie la prolifération et la différenciation des oligodendrocytes.3) Leur implication fonctionnelle dans la remyélinisation de lésions démyélinisantes.Nous déterminerons si des contacts synaptiques sont présent sur les cellules NG2 réactivées par une lésion de démyélinisation induite par injection de lysolécithine chez la souris NG2-DsRed:CNPase-GFP. La densité et les propriétés électrophysiologiques des synapses des cellules NG2 seront corrélées au profile de remyélinisation. Si ces expériences s’avèrent concluantes, elles seront étendues aux effets de l’invalidation de ces synapses sur la remyélinisation (stratégie lentivirale shRNA in vivo).La mise en évidence du rôle des synapses des cellules NG2 dans la genèse des oligodendrocytes pourrait permettre d’envisager le développement de nouvelles stratégies pharmacologiques favorisant la remyélinisation dans les maladies démyélinisantes, telle que la sclérose en plaques.
Résultats : Afin de mieux appréhender le rôle des synapses neurones-cellules NG2, nous avons étudié le profil d’innervation des cellules NG2 au cours de la myélinisation et la remyélinisation dans le corps calleux de la souris, ainsi que dans les lésions de sclérose en plaques (SEP). Nous avons quantifié la densité d’innervations glutamatergiques sur les cellules NG2 par immunohistochimie, à différents stades du développement postnatal chez la souris. Nos résultats ont permis d’établir une corrélation entre la densité des afférences glutamatergiques des cellules NG2 et le processus de myélinisation, avec un pic de connexions synaptiques durant la période de différenciation active des progéniteurs d’oligodendrocytes en oligodendrocytes matures. Les caractéristiques morphologiques des synapses glutamatergiques des cellules NG2 ont été ensuite analysées après une lésion de démyélinisation focale, induite dans le cerveau de la souris. Nos données démontrent une densité maximale des contacts synaptiques glutamatergiques sur les cellules NG2, lors de leur phase de différenciation en oligodendrocytes myélinisants dans la lésion. Par ailleurs, l’analyse de la densité des afférences glutamatergiques des cellules NG2 a montré une augmentation significative des contacts glutamatergiques sur les cellules NG2 dans les lésions actives de SEP comparées aux lésions chroniques et à la substance blanche normale.
Afin de mieux préciser les propriétés electrophysiologiques des synapses neurones-cellules NG2 et établir une corrélation avec les données d’immunohistochimies, des enregistrements des courants synaptiques des cellules NG2 ont été effectuées par patch-clamp, au cours du développement postnatal et après une démyélinisation du corps calleux dans différents modèles de souris transgéniques. Nos résultats démontrent des changements de la fréquence de ces courants durant la myélinisation dévéloppementale et la présence de synapses fonctionnelles dans les lésions de démyélinisation.
Perspectives : La mise en évidence du rôle des synapses des cellules NG2 dans la genèse des oligodendrocytes pourrait permettre d’envisager le développement de nouvelles stratégies pharmacologiques favorisant la remyélinisation dans les maladies démyélinisantes, telle que la sclérose en plaques.
Publications et brevets : 1. Vélez-Fort, M, Audinat, E, Angulo, MC (2011) The central role of GABA in neuron–glia interactions. The Neuroscientist 18(3):237-50 (Invited Review)
2. Maldonado, PP, Vélez-Fort, M, Angulo, MC (2011) Is neuronal communication with NG2 cells synaptic or extrasynaptic ? Journal of Anatomy 219(1):8-17) (Invited Review)
3. Sahel A, Ortiz-Cisternas F, Kerninon C, Maldonado PP, Angulo MC, Nait Oumesmar B (2012) Influences of  neuronal-NG2 synapses on myelination and myelin repair (In preparation for Brain).