Physiological membrane dynamics of oligodendrocytes

Abstract

Les neurones et les cellules gliales interagissent ensemble dans le cerveau, cependant, nous n’avons pas encore une complète connaissance de la physiologie neuronale et gliale ni même de leur interaction au niveau moléculaire. Les oligodendrocytes produisent les gaines de myéline qui s’enroulent autour de l’axone du neurone. Cette interaction engendre une propagation rapide et précise des potentiels d’action qui est nécessaire pour la perception, l’apprentissage et la mémoire. La physiologie de la myéline est encore méconnue au vu des limitations techniques de mesure par électrode qui ne permettent pas d’enregistrement direct de la gaine de myéline. Cependant, un certain nombre de canaux ioniques comprenant plusieurs canaux potassiques et calciques ont été localisés sur la myéline. Fonctionnellement, ces canaux ioniques pourraient contribuer au maintien des gaines de myéline et à la recapture du potassium qui est relargué dans le milieu extracellulaire durant l’activité neuronale. Afin d’étudier la physiologie de la gaine de myéline, nous avons mis en place une stratégie d’imagerie permettant de mesurer visuellement soit les variations de concentration en ion potassium, soit le changement de voltage dans la myéline pendant le repos et l’activité neuronale. Le but étant d’identifier les changements physiologiques d’ion et caractéristiques membranaires de la myéline durant la décharge neuronale. Pour cela, nous avons injecté in vivo dans le cortex somatosensoriel de souris des virus adéno associé (AAV) permettant l'expression soit du senseur potassique GINKO1, soit du senseur sensible au voltage ASAP3, et ce uniquement dans les oligodendrocytes grace à un promoteur spécifique. Cinq semaines après les transfections, des tranches aigues de cerveau ont été préparées pour étudier ex vivo les variations de voltage et de potassium intracellulaire dans les oligodendrocytes avec des techniques d'imagerie live. Grace à l’épifluorescence, des oligodendrocytes seuls ont pu être imagés durant la stimulation neuronale. Bien que GINKO1 ait été exprimé dans les oligodendrocytes matures, la fluorescence était plus perceptible au niveau du soma que dans la myéline. En réponse à la stimulation électrique, pas de variation de concentration en ion potassium n’a été détectée et enregistrée, potentiellement dû à une saturation du senseur. De plus, des expériences en culture n’ont pas permis d’améliorer le signal du senseur confirmant sa faible sensibilité ou la saturation dans ce système expérimental. Suite à ces résultats, nous avons étudié le changement de voltage dans les oligodendrocytes en utilisant le senseur ASAP3. Ce senseur membranaire, présent au niveau du soma et des gaines de myéline fait de lui un outil adapté pour étudier la physiologie de la myéline. Nos résultats indiquent que la membrane de la myéline est dépolarisée pendant l’activité neuronale, elle ne serait donc pas passive contrairement à ce qui a été précédemment assumé. Les résultats des expériences pharmacologiques ont suggéré que le relargage des ions potassium par les neurones et l’absorption du potassium par les oligodendrocytes engendrent des changements de voltage au niveau de la myéline. Nous avons émis l’hypothèse que la dépolarisation est induite par l’absorption du potassium par les canaux Kir et notamment par la sous-unité Kir4.1 qui a été proposée comme ayant un rôle dans la capture du potassium extracellulaire. Ainsi, nous avons étudié les changements de voltage membranaire de la myéline dans une souris transgénique avec la délétion des canaux Kir4.1 oligodendrocytaires. Pour conclure, nous avons observé un changement de voltage membranaire au niveau de la myéline pendant un potentiel d’action qui est provoqué par les canaux Kir de la myéline. Ces résultats ont montré que les senseurs sensibles au changement de voltage sont des outils intéressants pour étudier les propriétés physiologiques de structures cellulaires inaccessibles avec des techniques classiques.