Interaction neurone-glie : implication de la glie dans le maintien de l’homéostasie du milieu extracellulaire dans des conditions physiologiques et pathologiques

Astroglial control of extracellular homeostasis in physiological and pathological conditions

• Auteur / Autrice : Xia Li
• Direction : Micaela Galante, Glenn Dallerac
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la vie et de la santé
• Date : Soutenance le 16/12/2022
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Signalisations et réseaux intégratifs en biologie (Le Kremlin-Bicêtre, Val-de-Marne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des neurosciences Paris-Saclay (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : référent : Université Paris-Saclay. Faculté de médecine (Le Kremlin-Bicêtre, Val-de-Marne ; 2020-....)
• Partenaire(s) de recherche : graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Life Sciences and Health (2020-….)
• Jury : Président / Présidente : Sylvie Granon
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Sylvie Granon, Nathalie Rouach-Holcman, Thomas Fréret, Carole Escartin, Mariano Casado
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Nathalie Rouach-Holcman, Thomas Fréret

Mots clés

Mots clés contrôlés

Homéostasie

Dopamine

Cortex préfrontal

Astrocytes

Hypothermie

Ischémie

Cervelet

Mots clés libres

Cervelet

Ischémie

Hypothermie

Astrocytes

Cortex préfrontal

Dopamine

Cerebellum

Ischemia

Hypothermia

Astrocytes

Prefrontal cortex

Dopamine

Résumé

Dans la première partie de mon doctorat, j'ai étudié l'ischémie cérébrale, condition qui se caractérise par une interruption de l'apport sanguin au cerveau. J'ai étudié les effets de l'hypothermie, approche clinique efficace mais peu comprise, sur l'ischémie dans le cervelet, structure particulièrement vulnérable à cette pathologie. En utilisant des méthodes d'électrophysiologie et d'imagerie ex vivo, je montre que la baisse de la température induit un retard de l'œdème cérébelleux et de l'accumulation extracellulaire de K+ pendant l'ischémie. De même, la glie de Bergmann (BG), un type d'astrocyte radiaire du cervelet, répond par des changements morphologiques ainsi qu'une dépolarisation membranaire présentant un délai plus important en condition hypothermique. Mes résultats montrent donc que, lors d'un épisode ischémique cérébelleux, l'hypothermie réduit significativement les changements homéostatiques délétères régulés par la BG.Dans la seconde partie de mon doctorat, j'ai étudié le rôle des astrocytes dans les modulations dopaminergiques du cortex préfrontal (PFC). J'ai d'une part étudié leur contribution indirecte en élucidant par des approches électrophysiologiques et pharmacologiques, la voie intracellulaire sous-jacente à l'implication de la D-serine, co-agoniste des récepteurs NMDA et gliotransmetteur connu, dans les régulations de la neurotransmission par la dopamine. D'autre part, j'ai étudié la contribution directe des astrocytes du PFC à la régulation des niveaux extracellulaires de dopamine. Nous avons en effet émis l'hypothèse d'une redistribution de la dopamine préfrontale par libération astrocytaire puisqu'une étude récente indique que l'expression du transporteur vésiculaire de la dopamine VMAT2 par les astrocytes contribue à l'homéostasie dopaminergique du PFC. Par des approches d'imagerie ex vivo d'un senseur dopaminergique fluorescent dans des tranches de PFC, j'ai montré que les libérations spontanées de dopamine sont augmentées par l'activation des astrocytes par des outils chemogénétiques et pharmacologiques. J'ai par la suite étudié l'impact de cette modulation astrocytaire sur la transmission synaptique et l'excitabilité des neurones pyramidaux du PFC. Par différentes approches électrophysiologiques, j'ai observé que la diffusion intracellulaire de dopamine dans le réseau astrocytaire régule positivement la transmission synaptique au niveau post-synaptique et que ces régulations sont absentes chez les lignées de souris dépourvues de jonctions communicantes et de VMAT2 astrocytaires. Enfin, mes résultats indiquent que l'excitabilité neuronale est peu affectée par la dopamine astrocytaire. Dans leur ensemble ces résultats sont cohérents avec l'hypothèse d'une libération astrocytaire de dopamine modulant les activités neuronales du PFC. Bien que ces processus restent à étudier plus avant, ils semblent toutefois impliquer l'interconnexion du réseau astrocytaire ainsi que le transporteur vésiculaire VMAT2.Dans leur ensemble ces travaux montrent le rôle essentiel des astrocytes dans le maintien de l'homéostasie extracellulaire et soulignent leur importance dans les processus physio-pathologiques.

In the first part of my PhD, I studied cerebral ischemia, a condition characterized by the interruption of blood supply to the brain. I studied the effects of hypothermia, an effective yet poorly understood clinical approach, against ischemia in the cerebellum, a structure particularly vulnerable to this pathology. Using electrophysiology and ex vivo imaging methods, I here show that lowering temperature grants a delay in the occurrence of cerebellar edema and extracellular K+ accumulation during ischemia. Similarly, Bergmann glia (BG), a type of radial astrocyte in the cerebellum, responds with morphological changes as well as membrane depolarization, that are postponed in hypothermic conditions. My results therefore show that, during a cerebellar ischemic episode, hypothermia reduces the deleterious homeostatic changes regulated by BG.In the second part of my PhD, I studied the role of astrocytes in dopaminergic modulations of the prefrontal cortex (PFC). I first studied their indirect contribution by elucidating, through electrophysiological and pharmacological approaches, the intracellular pathway underlying the involvement of D-serine, a co-agonist of NMDA receptors and well-known gliotransmitter, in dopamine-mediated regulation of neurotransmission. I then studied the direct contribution of astrocytes to the regulation of extracellular dopamine levels in the prefrontal coxtex (PFC). We indeed hypothesized that prefrontal dopamine is redistributed via astroglial release, since a recent study showed that the astroglial expression of the vesicular dopamine transporter VMAT2 contributes to the dopaminergic homeostasis of the PFC. Using ex vivo imaging approaches with a fluorescent dopaminergic sensor in PFC slices, I show that spontaneous dopamine releases are enhanced by chemogenetic and pharmacological activation of astrocytes. I then studied the impact of this astrolgial modulation on synaptic transmission and excitability of PFC pyramidal neurons. Using different electrophysiological approaches, I observed that intracellular diffusion of dopamine in the astrocytic network upregulates synaptic transmission at the postsynaptic level and that these regulations are absent in mouse lines lacking astrocytic gap junctions and VMAT2. Finally, my results indicate that neuronal excitability is little affected by astrocytic dopamine. Taken together these results are consistent with the hypothesis of an astrocytic dopamine release modulating neuronal activities of the PFC. These processes remain to be further investigated but seem to involve interconnection of the astroglial network as well as the vesicular transporter VMAT2.Taken together, this body of work shows the essential role of astrocytes in the maintenance of extracellular homeostasis and highlight their importance in physio-pathological processes.