Le Cerveau de l'Enfant et de l'Adolescent: La Glie : Les Autres Cellules du Cerveau

mardi 8 novembre 2016

La Glie : Les Autres Cellules du Cerveau

Le système nerveux est formé de deux grandes catégories de cellules. Les neurones, acteurs majeurs et ultimes en ce qui concerne la transmission de l'influx nerveux, et les cellules gliales appelées aussi gliocytes ou neuroglie, qui jouent le rôle de baby-sitters des cellules nerveuses entre autres. Les cellules gliales sont les partenaires des neurones. Elles les assistent dans leurs diverses fonctions.

Les cellules gliales sont totalement différentes des neurones : elles ne véhiculent pas l’information nerveuse et ne possèdent pas ces longs prolongements que sont les axones et qui permettent aux neurones de transmettre cette information sur des distances de plusieurs centimètres. Elles sont incapables d'émettre des signaux électriques.

Les cellules gliales se situent dans le système nerveux. Une particularité de ces cellules est qu'elles peuvent se reproduire, en se divisant pour former plusieurs cellules gliales. Elles sont 10 à 50 fois plus nombreuses que nos 100 milliards de neurones.

Dès leur découverte en 1856 par le médecin allemand Rudolf Virchow. Ne voyant qu’un magma de cellules, il les rassemble sous le terme “cellules gliales”, du grec glia qui signifie “glue”.

Les scientifiques ont observé qu'une catégorie de cellules gliales, les astrocytes, partagent avec les neurones une fonction de communication, en employant un réseau parallèle appelé ‘communication jonctionnelle’ (junction gap en anglais). Ces découvertes vont révolutionner ce que l'on sait sur la mémoire et l'apprentissage.

Il faudra attendre les années 90 et les progrès de l’imagerie cérébrale pour qu’enfin notre vision sur ces cellules commence à évoluer. Lentement mais surement, les chercheurs se rendent maintenant compte que les cellules gliales jouent un rôle actif dans la transmission de l’influx nerveux : elles peuvent influencer et moduler le réseau neuronal. Via une voie chimique: les neurotransmetteurs – substances biochimiques libérées par les neurones et qui sont essentielles à la propagation de l’influx nerveux –.

Le cerveau d’Albert Einstein était bel et bien différent du nôtre. Les circonvolutions du cortex cérébral – couche externe – du père de la théorie de la relativité sont plus complexes que la moyenne dans certaines zones spécifiques, notamment le cortex préfrontal – raisonnement, planification –, mais aussi les lobes pariétaux, impliqués dans les capacités mathématiques et la vision dans l’espace. Le lobule pariétal inférieur gauche – impliqué dans les tâches de raisonnement mathématique et la vision dans l’espace – contient un plus haut taux de cellules gliales – cellules nourricières et protectrices des neurones – que la moyenne.

Fonctions des cellules gliales

Longtemps considérées comme les simples “ménagères” du cerveau, ces cellules sont non seulement indispensables au bon fonctionnement cérébral, mais elles seraient également reconnues aujourd’hui comme étant à l’origine du développement cognitif chez l’humain.

* Elles contribuent à maintenir les neurones en état d'émettre des signaux.

* Elles assurent le maintien de l'environnement ionique des neurones.

* La modulation de la fréquence de propagation des signaux nerveux.

* La modulation de l'action synaptique (par contrôle de l'absorption des neurotransmetteurs).

* L'aide à la récupération après lésion du système nerveux.

Elles assurent l'homéostasie du milieu immédiat entourant les neurones, contribuant au fonctionnement cérébral, en étroite synergie avec la fonction neuronale.

Les cellules gliales procurent aux neurones leur nourriture, les supportent et les protègent. Elles éliminent aussi les déchets causés par la mort neuronale et accélèrent la conduction nerveuse en agissant comme gaine isolante de certains axones. Sans elles, les neurones ne fonctionneraient pas correctement.

Types des cellules gliales

On distingue 4 types de cellules dans la glie centrale (tissu de soutien du système nerveux).

Les astrocytes

Ce sont les plus abondants et les plus volumineux des gliocytes, ils ont une forme étoilée avec plusieurs prolongements. Les astrocytes ont beaucoup de fonctions dont plusieurs sont encore en phase d'étude.

* Ils jouent un rôle primordial dans la formation de la barrière hémato-encéphalique.

* Ils assurent l'approvisionnement des neurones en oxygène et nutriments.

* Ils contribuent à maintenir un milieu chimique approprié à la production des potentiels d'action par les neurones.

* Ils captent l'excès des neurotransmetteurs au niveau de la fente synaptique et participent à leur métabolisme.

* Ils jouent un rôle de soutien en formant un réseau qui maintient la structure et l'architecture du tissu nerveux.

* Ils détruisent les virus et bactéries qui voudraient envahir le cerveau.

* Ils réalisent des cicatrices gliales dans les régions altérées du cerveau.

* Ils permettent aussi de diriger la migration des neurones jusqu'à leurs localisations définitives lors du développement et assurent bien d'autres fonctions.

Un neurone consomme, entre autre, beaucoup de glucose pour fonctionner correctement. Les astrocytes apportent justement tout cela aux neurones grâce à leur connexion étroite avec les vaisseaux sanguins qui sillonnent le cerveau et qui lui apportent les nutriments.

De plus, les astrocytes communiquent avec les neurones et peuvent même les aider à communiquer entre eux. On dit qu’ils modulent l’information. Chaque astrocyte est en contact intime avec plusieurs dizaines de neurones et va ainsi pouvoir transmettre la même information à tous.

Les oligodendrocytes

Les oligodendrocytes sont plus petits et ont moins de prolongements que les astrocytes. Ils jouent également un rôle de réseau de soutien pour les neurones du système nerveux central mais assurent surtout leur myélinisation.

Les épendymocytes

Les épendymocytes ont une forme cubique ou cylindrique, ils sont souvent ciliés et forment un épithélium simple qui tapisse les cavités centrales du système nerveux central. Ils assurent la sécrétion du liquide céphalo-rachidien et favorisent sa circulation.

Les microglies

Les microglies sont des petites cellules étoilées ayant peu de prolongements, elles ont les mêmes origines embryonnaires que les monocytes et les macrophages.

Les microglies protègent les cellules du système nerveux central contre les agressions infectieuses et toxiques. Elles peuvent migrer vers les régions lésées et éliminer les débris des cellules mortes. Leur rôle protecteur revêt une grande importance car les cellules du système immunitaire n'ont pas accès au système nerveux central.

* *

Remodelage de circuits neuronaux

Des neuroscientifiques de l’École de médecine de l’Université Stanford, dans une étude publiée dans la revue Nature en novembre 2013, ont découvert un nouveau rôle joué par les astrocytes. Ces cellules redéfinissent les circuits en éliminant des contacts synaptiques un peu comme un sculpteur enlève le surplus de matière pour en faire une œuvre d’art.

L’étude a été effectuée sur des tissus du cerveau de souris, mais cette découverte est susceptible de s’appliquer aussi à l’être humain. La découverte s'ajoute à d'autres analyses montrant qu'un cerveau adulte rénove, de façon constante, ses circuits cérébraux, et que les astrocytes sont des “maîtres-sculpteurs”. Les astrocytes jouent un rôle actif dans l'élagage des synapses.

Les conclusions soulèvent également la question de savoir si des médicaments pourraient être conçus pour éviter la perte de cette capacité de remodelage, qui pourrait expliquer certaines maladies neuro-dégénératives telles que la maladie d’Alzheimer ou la maladie de Parkinson.

Des souris retrouvent la mémoire grâce à une greffe de cellules souches

Selon une étude réalisée par une équipe de l'université du Wisconsin à Madison, publiée dans la revue Nature Biotechnology en avril 2013, il est possible de restaurer la mémoire de souris en leur greffant des cellules souches nerveuses humaines.

Chez les souris utilisées, une région particulière du cerveau, appelée le septum médian, a été détruite. Cette zone est impliquée dans la connexion entre le septum et l'hippocampe qui joue un rôle central dans la mémoire, grâce à des neurotransmetteurs GABA et l'acétylcholine. Ce circuit est fondamental pour les facultés d'apprentissage et de mémorisation. En conséquence, ces souris avaient des défauts fonctionnels importants.

Des cellules souches embryonnaires humaines ont été cultivées en laboratoire et différenciées en cellules souches nerveuses, à la base de toutes les cellules cérébrales comme les neurones ou les cellules gliales. Elles ont ensuite été transplantées dans l'hippocampe du cerveau des souris.

Après la transplantation, la mémoire des rongeurs s'améliore, et ils sont capables de passer avec succès toute une batterie d'épreuves comme le labyrinthe de Morris, un test très utilisé en neuroscience pour évaluer la mémoire animale.

Un nouvel espoir pour les malades atteints de la sclérose en plaques

Des scientifiques de la George Washington University School of Medicine and Health Sciences aux Etats-Unis, dans une étude parue dans le magazine Neuron en 2014, ont annoncé avoir identifié une molécule clé impliquée dans le développement de la sclérose en plaques. La découverte de cette molécule prometteuse pourrait amener à l’élaboration d’une nouvelle thérapie efficace.

Sclerose en plaques

La sclérose en plaques est une maladie auto-immune qui se caractérise par une destruction progressive des neurones. Cette maladie du système nerveux se caractérise par une perte progressive de myéline. Cette substance entoure les nerfs et assure la transmission rapide du système nerveux.

Les oligodendrocytes présents dans le système nerveux fabriquent et réparent la gaine de myéline lorsqu’elle est dégradée ou détruite. Néanmoins, chez les personnes atteintes de sclérose en plaques, cette fonction n’est pas remplie.

L’équipe de chercheurs a obtenu des résultats prometteurs suite à une série de tests sur une souris, en améliorant la croissance de ces cellules. Les chercheurs ont utilisé une nouvelle approche et se sont intéressés de près aux astrocytes.

Ils ont pu observer une activation importante de l’expression du gène. Par des pratiques biochimique, neurologique et génétique sur la souris, ils ont découvert que cette protéine inhibait le processus régénératif spontané permettant la production de nouvelles couches de myéline dans le système nerveux. De manière plus simple : elle empêche les oligodendrocytes de bien faire leur travail et de réparer les gaines de myéline détériorées par la maladie. Néanmoins, en bloquant son action, les scientifiques ont pu rétablir la réparation de la myéline et le passage de l’influx nerveux chez la souris.

La glie déclenche l’élimination synaptique au cours du développement neuronal

Une étude développée par le Laboratoire de Neurobiologie Cellulaire et Moléculaire de l'Université de Barcelone et l'Institut de recherche biomédicale Bellvitge (IDIBELL), publiée dans Proceedings of National Academy of Sciences (PNAS) en octobre 2015, montre qu'une protéine sécrétée par les cellules gliales est un déclencheur pour l’élimination de la synapse.

La protéine SPARC est un déclencheur
pour l'élimination des synapses dans le
processus de l'élagage synaptique

La polyinnervation a lieu pendant les premières phases de développement, avec la création d'un grand nombre de synapses. Ensuite, les circuits neuronaux exigent l'élimination de l'excès de connexions synaptiques établies dans les premiers stades du développement neuronal pour affiner leur fonction.

Les scientifiques expliquent que, dans le but d'acquérir une bonne fonctionnalité neuronale, les connexions doivent être correctes en termes de nombre et de l'emplacement. Un plus grand nombre de synapses n'améliore pas toujours leur fonctionnalité. Par conséquent, la connaissance à la fois de la création et des mécanismes d'élimination pourrait être utile pour traiter les maladies qui incluent des problèmes de connexion synaptique.

L’élagage synaptique. L'étude a identifié la protéine SPARC, sécrétée acide et riche en cystéine comme un déclencheur pour l'élimination des synapses dans le processus d'élagage synaptique. Les neurones répondent à des concentrations élevées de cette protéine en produisant un processus autonome d'élimination synaptique. Cependant, la glie sécrète de nombreuses molécules et, par conséquent, SPARC pourrait être le premier composant d'un grand groupe de protéines capables de mettre en place le processus d'élagage synaptique. L'étude met l'accent sur le rôle clé que la glie joue dans le processus synaptique, qui était inconnu jusqu'à présent.

Les cellules gliales régulent également l’apprentissage et la mémoire

Des chercheurs de l'Université de Tel-Aviv, dans une étude publiée dans PLoS Computational Biology en décembre 2011, annoncent que les cellules gliales sont au cœur de la plasticité du cerveau.

Les cellules gliales sont abondantes dans l’hippocampe du cortex cérébral, les deux parties du cerveau qui ont le plus de contrôle sur la capacité du cerveau à traiter l’information, d’apprendre et de mémoriser. En effet, pour chaque cellule de neurone, il y a deux à cinq cellules gliales.

Selon les chercheurs un mécanisme à l'intérieur des cellules gliales trie également des informations à des fins d'apprentissage. Les cellules gliales sont comme les superviseurs du cerveau. En régulant les synapses, elles contrôlent le transfert de l'information entre les neurones, affectant la façon dont le cerveau traite l'information et apprend.

Parce qu'il est à la base de l’apprentissage et la mémoire, l'élucidation de ses mécanismes est d'une importance cruciale dans de nombreux aspects de la fonction normale et pathologique du cerveau.

Les chercheurs explorent une forme plausible de la modulation de la plasticité à court terme par les astrocytes en utilisant un modèle de calcul biophysique réaliste.

Par conséquent, leur modèle suggère que les astrocytes peuvent transitoirement déclencher des interrupteurs entre la dépression double choc et la facilitation. Cette propriété explique plusieurs observations expérimentales difficiles et a un impact profond sur notre compréhension du transfert de l'information synaptique.

Les messages peuvent provenir de neurones, qui utilisent les synapses comme leur système d’alimentation, mais la glie sert de médiateur en général, de régulateur des messages qui sont envoyés et quand. De ce fait, les cellules gliales sont les gardiens des processus d’apprentissage et de mémorisation, l’orchestration de la transmission d’informations pour le fonctionnement optimal du cerveau.

* *

En comprenant comment et pourquoi communiquent les cellules gliales, les scientifiques sont en train de repenser le mode de fonctionnement du cerveau et comment le traiter quand quelque chose ne fonctionne pas correctement. Les cellules gliales ont été associées à divers troubles neurologiques tels que la dyslexie, autisme, bégaiement, surdité, douleur chronique, l’épilepsie, troubles du sommeil et même le mensonge pathologique.

Les neurones et les cellules gliales établissent une relation symbiotique et elles ont besoin les unes des autres pour un fonctionnement correct. Leur étude doit être faite en parallèle, sans oublier une des parties. La recherche sur les cellules gliales qui aura lieu dans les prochaines années aidera à effacer les autres inconnues sur le rôle de ces cellules dans le cerveau et va résoudre de nombreuses questions qui, même au 21ème siècle, n’ont toujours pas de réponse, telles que : Pourquoi dans l’homme les astrocytes sont plus grands, complexes et impliquent plus des synapses que celles de toute autre espèce animale ? Quelle est la contribution de la glie aux divers processus pathologiques du cerveau ? Quel est le sens de réseaux de communication établis entre elles et les neurones ?

Il y a de fortes chances que lorsque les cellules gliales vont mal, les neurones qui les entourent vont mal fonctionner. Certaines maladies du cerveau semblent dues à un mauvais fonctionnement des cellules gliales, notamment des astrocytes, et des nouveaux traitements sont à l’étude pour essayer de soigner ces cellules trop longtemps négligées.

Voir aussi