Caractérisation phénotypique et fonctionnelle de l'activation astrocytaire induite par transfert lentiviral du CNTF in vivo: Implications pour la survie neuronale
Résumé
Astrocytes play an active role in brain function. They provide metabolic and trophic support to neurons and control the entry of metabolites inside brain parenchyma. Through their glutamate transporters GLAST and GLT-1, astrocytes are also responsible of the uptake and recycling of glutamate, the main excitatory neurotransmitter but also a potential neurotoxic agent. Astrocytes become activated in response to various pathological situations. This brain hallmark has been known for a long time, however, its functional consequences are still a matter of debate. Does activation of astrocytes represent a protective and adaptive mechanism to face deleterious conditions or does it play a role in neuronal degeneration? We have developed an in vivo model of astrocytic activation in the rat striatum through lentiviral gene tranfer of Ciliary Neurotrophic Factor (CNTF), an endogenous activator of astrocytes. Using this stable and reproducible model of astrocytes activation, we observed marked alterations in brain energy metabolism, with a shift from glycolysis to the ketone bodies pathway. In addition, CNTF activation of astrocytes induced several changes in glutamate uptake machinery. Astroglial transporters were highly glycosylated and redistributed into raft microdomains. During an excitotoxic process, glutamate handling, energetic supply and neuronal survival were significantly improved. These results underline the beneficial role of activated astrocytes that have a prosurvival phenotype and function towards neurons. This study gives new clues (1) to delineate the role and the interest of activated astrocytes in pathological processes and (2) to characterize the effects of CNTF, which is a therapeutic candidate for several neurodegenerative diseases.
Les astrocytes participent activement au fonctionnement cérébral. Ils réalisent des échanges métaboliques et trophiques avec les neurones et exercent un contrôle sur l'entrée des substrats énergétiques dans le parenchyme cérébral. Ils sont aussi res ponsables -par le biais de leurs transporteurs GLAST et GLT-1- de la recapture et du recyclage du glutamate, le principal neurotransmetteur excitateur qui a aussi un potentiel neurotoxique. Les astrocytes répondent à des situations pathologiques variées en devenant réactifs. Ils apparaissent hypertrophiques et surexpriment certaines protéines comme les filaments intermédiaires. Bien que cette modification du phénotype astrocytaire soit connue depuis longtemps, ses conséquences fonctionnelles sont toujours débattues. S'agit-il d'un mécanisme de protection et d'adaptation à des conditions pathologiques ou, au contraire, d'un processus délétère participant à la dégénérescence neuronale ? Nous avons développé un modèle in vivo d'activation astrocytaire en utilisant un lentivirus (lenti-CNTF) pour induire une surexpression dans le striatum de rat du Ciliary Neurotrophic Factor (CNTF), un activateur endogène des astrocytes. Grâce à ce modèle d'activation stable et reproductible des astrocytes, nous avons pu mettre en évidence des modifications profondes du métabolisme énergétique cérébral avec une augmentation de l'utilisation des corps cétoniques au dépend du glucose. Par ailleurs, l'activation astrocytaire par le CNTF induit de nombreux changements dans la machinerie de recapture du glutamate. Les transporteurs astrocytaires sont hyperglycosylés et sont enrichis dans les microdomaines membranaires rafts. En conditions excitotoxiques, la gestion du glutamate, l'apport énergétique et la survie neuronale sont significativement améliorés dans le groupe lenti-CNTF. Ces résultats soulignent le rôle bénéfique des astrocytes activés qui présentent un phénotype et un fonctionnement favorables à la survie des neurones. Cette étude permet à la fois de mieux cerner le rôle et l'intérêt de la réponse astrocytaire dans les processus pathologiques et également de caractériser les effets du CNTF , qui est un candidat thérapeutique pour différentes maladies neurodégénératives.