La fonction d'élagage de la microglie remise en question

thetransmitter.org Traduction de "Microglia’s pruning function called into question"
RJ Mackenzie - 24 octobre 2024

On pensait autrefois que la microglie n'avait qu'une seule fonction : celle d'éboueur du cerveau. Lorsque les neurones sont endommagés ou malades, la microglie entre en action, absorbe les cellules mortes ou infectées et renforce la réponse immunitaire locale. Entre les opérations de nettoyage, les scientifiques pensaient que les microglies se reposaient dans un profond sommeil.

En 2005, cependant, les chercheurs ont obtenu leur premier aperçu direct de ce que faisait la microglie dans le cerveau, et ils ont rapidement déchiré ce CV cellulaire. Les images granuleuses de cellules vivantes, publiées dans « Science », ont montré que les microglies supposées « au repos » étaient en fait en train de marauder dans le néocortex de souris adultes, déclenchant des processus et explorant furtivement le parenchyme environnant.

« Pour moi, cela a changé la donne », déclare Rosa Paolicelli, professeure associée en sciences biomédicales à l'université de Lausanne, qui était sur le point d'entamer un doctorat à l'époque. « Les gens ont commencé à réfléchir au rôle physiologique de la microglie. Que font-elles dans un cerveau intact et sain ? »

Ces travaux ont donné le coup d'envoi à deux décennies de recherche qui ont modifié la classification de la microglie et conduit à la création de nouveaux outils permettant aux scientifiques de définir et d'examiner en détail les fonctions des cellules. De nombreuses études se sont concentrées sur des « fenêtres critiques », au début et à la fin de la vie d'un animal, explique Paolicelli. Au cours de ces périodes, la microglie joue de nombreux rôles : sculpteur du cerveau en développement, cultivateur de nouvelles connexions neuronales et combattant la neurodégénérescence, par exemple.

Cette évolution du rôle d'éboueur à celui de polymathe cellulaire s'est accompagnée d'une controverse. « Certains acteurs tentent d'avancer des idées un peu trop simplistes ou restrictives. Je pense qu'il est très dangereux de ne pas garder l'esprit ouvert quant aux implications des résultats et aux limites de tous ces modèles », déclare Marie-Ève Tremblay, professeur de sciences médicales à l'université de Victoria, qui étudie la fonction microgliale dans le domaine de la santé et de la maladie.

Le rôle de la microglie au cours du développement précoce s'est avéré particulièrement controversé. Au moins trois études sur des souris publiées cette année ont remis en question la mesure dans laquelle la microglie arrache des synapses pour façonner un cerveau naissant.

Selon Beth Stevens, professeure agrégée de neurologie à la Harvard Medical School, ces découvertes continuent d'affiner la liste des tâches et le programme de travail des cellules, étayant l'idée que leurs fonctions dépendent du moment et du contexte, et ouvrant de nouvelles voies de recherche. « Nous devons vraiment nous intéresser à la mécanique et commencer à réfléchir à la mise au point d'outils et de moyens permettant de manipuler la bonne voie au bon moment pour poser des questions spécifiques », explique-t-elle.

Peu après la publication de l'article de Science en 2005, Mme Stevens était chercheuse postdoctorale dans le laboratoire de Ben Barres, aujourd'hui décédé, à l'université de Stanford, où elle étudiait le développement des circuits visuels chez les souris nouveau-nées. Des molécules immunitaires appelées protéines de complément semblent jouer un rôle dans la formation de ces circuits en « marquant » les connexions synaptiques redondantes pour les éliminer, a rapporté l'équipe en 2007 dans Cell. Une étude complémentaire réalisée en 2012 a montré que la microglie dévorait les connexions synaptiques marquées, contribuant ainsi à sculpter le cerveau.

Ces résultats ont révélé une toute nouvelle identité pour ces cellules, comme la découverte de la Batcave sous un Wayne Manor microglial. Mais des travaux récents ont remis en question le statut de super-héros de certaines de ces cellules. Par exemple, des souris privées de microglie à partir de 14 jours après leur naissance ne développent aucun problème perceptible au niveau des performances visuelles, selon une étude publiée en juillet dans Nature Neuroscience.

« Nous n'avons trouvé aucune différence pour les mesures que nous avons effectuées à travers les différentes approches expérimentales que nous avons utilisées pour examiner les aspects fonctionnels des circuits », explique le chercheur principal de l'étude, Aaron McGee, professeur de neurosciences translationnelles à l'université de l'Arizona. « La microglie assure l'immunosurveillance ; elle ne façonne pas les circuits cérébraux ».

Mais les nouvelles découvertes ne contredisent pas directement les travaux antérieurs, explique Dori Schafer, professeure agrégée de neurobiologie à l'école de médecine Chan de l'université du Massachusetts. Par exemple, en 2012, Schafer, Stevens et leurs collègues ont trouvé des preuves que la microglie modelait des circuits dans le noyau géniculé latéral du thalamus - une région que l'équipe de McGee n'a pas explorée, ce qui laisse ouverte la possibilité que le modelage se produise encore à cet endroit.

« Nous n'avons jamais dit que la microglie et le complément régulaient l'élagage dans l'ensemble du cerveau », précise Schafer, qui note que l'article de 2012 décrit l'élagage microglial dans un seul circuit neuronal à un moment donné. Néanmoins, il a été cité plus de 3 500 fois, selon Google Scholar, et des dizaines de ces articles, que The Transmitter a examinés, présentent la sculpture synaptique comme l'un des rôles clés de la microglie dans l'ensemble du cerveau.

« Je pense que les gens utilisent parfois des termes tels que l'élagage synaptique de manière trop générale », explique Stevens. « Ou s'ils se contentent d'une lecture générale et affirment qu'il s'agit d'un élagage sans faire les expériences clés."

L'une de ces expériences clés consisterait à montrer la microglie dévorant les synapses en temps réel - une séquence qui n'a encore jamais été enregistrée, explique Laetitia Weinhard, chercheuse postdoctorale dans le laboratoire de Dan Littman à l'université de New York, qui a passé cinq ans en tant qu'étudiante en doctorat à essayer de capturer cet événement insaisissable. À l'aide de la microscopie multiphotonique et de la microscopie électronique, elle a pris des vidéos à haute résolution et des clichés de microglies grouillant autour des synapses dans l'hippocampe en développement de la souris.

Malgré ce contact étroit, les microglies qu'elle a observées se sont contentées de « grignoter » occasionnellement des parties du compartiment présynaptique, un processus appelé trogocytose. Cette distinction est importante, explique Weinhard ; la phagocytose microgliale classique, en revanche, impliquerait l'engloutissement de la totalité de la structure axonale.

D'autres techniques d'imagerie courantes se sont également révélées trop imprécises pour prendre la microglie en flagrant délit, ajoute Mme Weinhard. Elle critique en particulier les expériences d'analyse de colocalisation, dans lesquelles les images de microscopie optique qui montrent un chevauchement entre les fragments de protéines et la microglie sont utilisées pour suggérer que les cellules ont consommé les molécules. Mais la microscopie optique utilisée dans ces études a une mauvaise résolution axiale, explique Weinhard, de sorte que les points de protéines « consommés » pourraient simplement se trouver au-dessus ou au-dessous de la microglie. « Comme la résolution en profondeur est mauvaise, on a l'impression que c'est à l'intérieur, mais ce n'est pas le cas », explique-t-elle.

Weinhard, bien qu'elle n'ait pas trouvé de synapses dévorées par la microglie, en a trouvé certaines qui semblaient avoir été formées par la microglie. « Très souvent, lorsque [la microglie] s'approche d'une dendrite, on observe un bourgeonnement de filopodes », explique-t-elle.

Des preuves indépendantes confirment cette idée, selon Weinhard. Selon une étude d'imagerie multiphotonique, le contact des microglies avec les dendrites a provoqué l'apparition de nouveaux filopodes dans le cortex somatosensoriel en développement de la souris. À l'inverse, les souris dépourvues de microglie n'ont pas présenté l'augmentation des épines dendritiques dans le cortex moteur qui accompagne généralement l'apprentissage d'une nouvelle tâche motrice, telle que la course sur tapis roulant, selon une autre étude. « Cette augmentation de la formation des épines était réduite ou altérée en l'absence de microglie », explique Weinhard.

L'étude de McGee se heurte à un problème : le composé utilisé par l'équipe pour réduire la microglie, le PLX5622, les tue en fait, laissant une bande de cadavres cellulaires dans tout le cerveau. « Cela a des conséquences considérables sur les autres microglies qui restent, sur les astrocytes, sur les cellules précurseurs d'oligodendrocytes, sur tant d'autres types de cellules » - d'une manière qui pourrait affecter les conclusions de l'équipe, dit Tremblay.

Un modèle de souris génétiquement modifié pour être dépourvu de microglie dès la naissance permet d'éviter ces limitations. Les souris Csf1r(delta FIRE) ne présentent aucun changement dans le nombre de synapses de l'hippocampe ou dans la densité des épines synaptiques, selon une étude publiée en avril dans EMBO Reports. Et de nombreux autres aspects du développement neurologique précoce des animaux restent inchangés, selon une préimpression publiée sur bioRxiv en septembre.

« Il n'y a pas de phénotype. C'est incroyable », déclare Clare Pridans, immunologiste à l'université d'Édimbourg qui a co-développé les souris Csf1r(delta FIRE). D'après ce qu'elle a vu, elle ne pense pas que la microglie soit en mesure de sculpter le cerveau.

En réponse à la demande de commentaires de The Transmitter sur cette prépublication, Stevens et Schafer ont fourni une déclaration commune, dans laquelle ils proposent plusieurs autres hypothèses. « Il a été démontré que la microglie joue un rôle dans la synaptogenèse et l'élagage. L'effet net sans la microglie pourrait être ce que les auteurs ont observé », écrivent-ils.

De plus, l'élagage microglial dans le cortex du baril de la souris n'était apparent qu'après que l'équipe de Schafer ait retiré les moustaches des animaux, selon une étude de 2019. « Il est possible qu'il faille pousser le système pour voir des effets », ont écrit Schafer et Stevens dans la déclaration. Ils ont également ajouté que les souris Csf1r(delta FIRE) ont un bagage génétique différent de celui des souris testées dans des études antérieures, ce qui pourrait réduire l'ampleur de l'élagage.

D'autres types de cellules, peut-être dirigées par le même mécanisme de complément que Stevens a identifié en 2007, pourraient reprendre la fonction d'élagage de la microglie chez ces animaux, ont écrit Stevens et Schafer dans leur déclaration.

Cette hypothèse est étayée par l'étude EMBO Reports d'avril, qui constate une absorption accrue de matériel synaptique par les astrocytes hippocampiques des souris Csf1r(delta FIRE). Mais ces souris ne présentent aucune régulation transcriptionnelle des autres types de cellules cérébrales, selon une seconde étude.

« À ce stade, on ne sait pas exactement dans quelle mesure les astrocytes peuvent jouer ce rôle en l'absence de microglies », explique David Munro, chercheur postdoctoral dans le laboratoire de Josef Priller à l'université d'Édimbourg et chercheur dans les deux études.

Les souris Csf1r(delta FIRE) présentent des calcifications cérébrales inhabituelles, en particulier dans le thalamus, selon l'étude. Et lorsqu'elles sont croisées avec des souris qui développent une neuropathologie semblable à celle de la maladie d'Alzheimer, les animaux présentent une pathologie vasculaire précoce et mortelle - un changement que les greffes de microglies permettent d'éviter. Cette découverte s'accorde bien avec les preuves génétiques qui impliquent les gènes microgliaux dans les maladies neurodégénératives.

Dans l'ensemble, la recherche sur la microglie est, selon la plupart des indicateurs, en bonne santé, mais les controverses actuelles rendent ses fondements vulnérables à la critique. « La tension sur la chaîne logique qui relie les résultats à l'interprétation finale d'un modèle devrait être très forte », explique McGee. « Et lorsqu'il y a un relâchement dans cette ligne, je pense qu'il est inhérent au domaine d'essayer d'y remédier ».

Traduit avec DeepL.com (version gratuite)