De nouvelles recherches montrent que certains types de cellules cérébrales deviennent actives après des lésions cérébrales et présentent des propriétés similaires à celles des cellules souches neurales. La plasticité des astrocytes pourrait être corrélée à la régulation positive de la protéine Galectine 3, ce qui pourrait contribuer de manière significative à la découverte de biomarqueurs supplémentaires. L’étude a montré qu’une protéine spécifique régule ces cellules et pourrait constituer une cible thérapeutique et contribuer au développement de meilleures options de traitement pour les lésions cérébrales. La perte de neurones, qui entraîne ensuite une altération des fonctions cérébrales, est causée par l’apparition et la progression de troubles neurologiques tels que les accidents vasculaires cérébraux, les lésions de la moelle épinière et les maladies neurodégénératives telles que la maladie de Parkinson, maladie d’Alzheimer / démence, ALS et MND. Les options thérapeutiques efficaces doivent encore être améliorées. Cependant, la recherche préclinique a montré une réponse prometteuse impliquant les astrocytes réactifs, un type spécifique de cellule gliale qui constitue une partie essentielle du système nerveux aux côtés des neurones. Les microglies et les cellules gliales sont considérées comme une protection pour les neurones, démontrant la capacité à reprendre la prolifération cellulaire, un mécanisme essentiel pour protéger le cerveau lésé contre l’invasion par les cellules immunitaires.[1]
Différenciation des cellules souches mésenchymateuses en cellules neurogliales
Que sont les astrocytes ?
Les astrocytes sont un type de cellule gliale présent dans le cerveau et la moelle épinière. Ils constituent les types cellulaires les plus abondants dans le cerveau humain et jouent un rôle crucial dans le fonctionnement du système nerveux [2]. Voici quelques aspects essentiels des astrocytes :
- Soutien et structure : les astrocytes apportent un soutien structurel aux neurones, favorisent la neurogenèse et maintiennent l’environnement dans lequel les neurones fonctionnent.
- Barrière hémato-encéphalique : elles participent à la formation et au maintien de la barrière hémato-encéphalique, qui contrôle le passage des substances entre la circulation sanguine et le cerveau.
- Gestion des nutriments et des déchets : Les astrocytes régulent la concentration des ions et des neurotransmetteurs dans l’espace extracellulaire. Ils contribuent également au transport des nutriments vers les neurones et à l’élimination des déchets.
- Réparation et cicatrisation protectrice : les astrocytes peuvent proliférer et former une cicatrice (barrière physique et biochimique) autour de la zone lésée. Cette barrière aide à contenir les dommages et à empêcher leur propagation aux tissus cérébraux sains. Cela fait partie du processus normal de réparation du cerveau après une lésion du système nerveux.
- Régulation des neurotransmetteurs : Elles peuvent moduler la neurotransmission en absorbant et en libérant des neurotransmetteurs et par l’intermédiaire de l’apoptose des astrocytes.
- Santé des neurones : la fonction des astrocytes est essentielle à la survie et au fonctionnement des neurones, contribuant à la réparation, à la libération de neutrophiles et à la protection des tissus du système nerveux.
- Plasticité neuronale : Elles jouent un rôle dans la formation et le remodelage des synapses, influençant l’apprentissage et la mémoire.
Les astrocytes présentent une forme étoilée, d’où leur nom dérivé de « astro » (étoile en grec) et de « cyte » (cellule). Ils sont de plus en plus reconnus pour la diversité et le caractère dynamique de leurs rôles dans le système nerveux central, au-delà de leurs fonctions de soutien traditionnelles [3].
Rôle des astrocytes par rapport aux oligodendrocytes
Les astrocytes et les oligodendrocytes sont deux types essentiels de cellules gliales du système nerveux central, chacun jouant des rôles uniques et critiques. Les astrocytes, caractérisés par leur forme étoilée, sont principalement responsables du soutien structurel des neurones. Ils jouent un rôle crucial dans le maintien de la barrière hémato-encéphalique, qui contrôle le passage des substances de la circulation sanguine vers le cerveau. En outre, les astrocytes facilitent le transport des nutriments vers les neurones, régulent et recyclent les neurotransmetteurs, et participent aux processus de réparation et de cicatrisation du cerveau après une lésion. Ils contribuent également au maintien de l’environnement ionique et chimique essentiel au fonctionnement neuronal, aux côtés des cellules gliales, des astrocytes et des astrocytes du nerf optique. À l’inverse, les oligodendrocytes, plus petits et dotés de moins de prolongements que les astrocytes humains, sont surtout connus pour leur rôle dans la myélinisation. Ils produisent la myéline, une substance lipidique qui forme une gaine autour des axones des neurones du système nerveux central. Cette myélinisation est essentielle à la transmission rapide des signaux électriques le long des neurones, améliorant la vitesse et l’efficacité de la neurotransmission. Les oligodendrocytes soutiennent les axones et sont essentiels à leur maintien dans le système nerveux central. La culture cellulaire d’astrocytes et les oligodendrocytes sont tous deux indispensables au bon fonctionnement du système nerveux. Alors que les astrocytes participent davantage à la création et au maintien de l’environnement neuronal, les oligodendrocytes se concentrent sur la facilitation de la transmission rapide des signaux. Leurs fonctions complémentaires assurent le fonctionnement efficace du système nerveux, soulignant la complexité et la sophistication des processus neuronaux.
Les astrocytes peuvent-ils acquérir des propriétés de cellules souches neurales ?
Les astrocytes peuvent être reprogrammés afin d’acquérir des propriétés de cellules souches neurales (NSC) et présentent un potentiel de réparation et de régénération cérébrales. Les astrocytes peuvent acquérir ou présenter des propriétés de cellules souches neurales de plusieurs manières, notamment :
- Réactivation induite par une lésion : en réponse à une lésion ou à une maladie cérébrale, les astrocytes peuvent revenir à un état plus primitif, semblable à celui des cellules souches. Ce processus, appelé gliose réactionnelle, voit souvent les astrocytes réexprimer des gènes normalement actifs dans NSC pendant la phagocytose des astrocytes
- Signaux moléculaires et environnementaux : des recherches menées au Regeneration Center ont montré que certains signaux moléculaires et environnementaux induisent la différenciation des astrocytes vers un état semblable à celui des cellules souches. Par exemple, l’introduction de certains facteurs de transcription ou l’exposition à des facteurs de croissance particuliers peuvent déclencher cette transformation.
- Modifications épigénétiques : Les changements dans le paysage épigénétique des astrocytes, tels que les altérations de la méthylation DNA et les modifications des histones, peuvent les reprogrammer afin qu’ils acquièrent des propriétés semblables à celles des cellules souches.
- Techniques d’édition génétique : Des techniques avancées de manipulation génétique telles que CRISPR/Cas9 peuvent être utilisées pour modifier l’expression génique des astrocytes et potentiellement les reprogrammer en cellules souches neurales.
- Événements de fusion cellulaire : Dans de rares cas, des événements de fusion cellulaire dans le cerveau peuvent entraîner la fusion d’un astrocyte avec une cellule souche neurale, conférant potentiellement à l’astrocyte des caractéristiques de cellule souche neurale.
- Influences du microenvironnement : le microenvironnement cérébral, notamment certains composants spécifiques de la matrice extracellulaire et les cellules voisines, peut influencer le comportement des astrocytes et potentiellement favoriser des propriétés similaires à celles des cellules souches.
- Niches neurogéniques : Certains types d’astrocytes présents dans certaines régions du cerveau, comme la zone sous-ventriculaire (SVZ) et l’hippocampe, se trouvent déjà dans un état plus plastique et sont plus proches des cellules souches neurales quant à leur potentiel à former de nouveaux neurones.
- Réponse au stress : Dans certaines conditions de stress, les exosomes des astrocytes peuvent revenir à un état plus plastique, semblable à celui des cellules souches, dans le cadre du mécanisme intrinsèque de réparation du cerveau.
Ces connaissances sur la plasticité des astrocytes et leur potentiel à acquérir des propriétés NSC sont essentielles pour The Regeneration Center lors de l’élaboration de nouvelles stratégies thérapeutiques pour les maladies neurodégénératives et d’autres affections neurologiques telles que l’ataxie, MS, la myélite transverse et la neuropathie périphérique. Cependant, nos résultats sont préliminaires et des études supplémentaires doivent être menées afin de comprendre pleinement cette capacité et de l’exploiter en toute sécurité pour des applications cliniques [4].
Quel est le rôle des astrocytes ?
Certains de ces astrocytes acquièrent des propriétés semblables à celles des cellules souches neurales, leur permettant de s’auto-renouveler et de produire différents types cellulaires, notamment des neurones et des cellules gliales. Lorsqu’une perturbation de la 
barrière hémato-encéphalique (BBB) liée à une maladie ou à une lésion se produit, les marqueurs astrocytaires et les facteurs de croissance des cellules neurales peuvent s’activer, augmenter et acquérir des propriétés de cellules souches neurales. Les recherches suggèrent que la plasticité des astrocytes spécifique à la pathologie au niveau d’un site de lésion cérébrale peut être corrélée à la régulation positive de la protéine Galectine 3.
Galectine 3 Biomarqueur protéique
La galectine-3 est un type de protéine appartenant à la famille des lectines, des protéines connues pour se lier à des structures glucidiques spécifiques. Parmi les propriétés utiles de la galectine-3 figurent :
- Structure et liaison : la galectine-3 possède un domaine de reconnaissance des glucides (CRD) qui lui permet de se lier spécifiquement aux sucres bêta-galactosides. Cette capacité de liaison est essentielle à son rôle dans divers processus cellulaires.
- Fonctions cellulaires : Il intervient dans un large éventail de fonctions cellulaires, notamment la croissance cellulaire, l’adhésion, la différenciation, l’angiogenèse (formation de nouveaux vaisseaux sanguins), l’apoptose (mort cellulaire programmée) et l’inflammation.
- Rôle dans le système immunitaire : la galectine-3 joue un rôle important dans le système immunitaire. Elle module les réponses immunitaires, notamment l’activation et la maturation des cellules immunitaires ainsi que les processus inflammatoires.
- Recherche sur le cancer : Elle a suscité un intérêt dans la recherche sur le cancer en raison de sa forte expression dans de nombreux types de cancers et de son rôle dans la progression tumorale, les métastases et l’angiogenèse. La galectine-3 est considérée comme un biomarqueur potentiel pour le diagnostic du cancer et une cible thérapeutique.
- Fibrose : la galectine-3 est impliquée dans le développement de la fibrose dans divers organes, notamment le foie, les reins et le cœur. Elle intervient dans l’activation des fibroblastes et l’accumulation des composants de la matrice extracellulaire.
- Maladie cardiaque : Des taux élevés de galectine-3 sont associés à l’insuffisance cardiaque congestive et aux crises cardiaques et peuvent constituer un marqueur pour le diagnostic et le pronostic de cette affection.
- Maladies infectieuses : il joue un rôle dans les interactions hôte-pathogène, influençant la réponse de l’organisme aux infections par diverses bactéries, virus et champignons.
- Adhésion et migration cellulaires : la galectine-3 intervient dans les processus d’adhésion cellulaire et peut influencer le homing cellulaire, la migration cellulaire, des mécanismes essentiels à la cicatrisation des plaies et aux métastases cancéreuses.
- Neurobiologie : de nouvelles recherches portent sur le rôle de la galectine-3 en neurobiologie, en particulier dans la neuroinflammation et les maladies neurodégénératives.
Astrocytes pour les maladies neurodégénératives
Compte tenu de l’importance de la prolifération des astrocytes, ces résultats sont pertinents pour comprendre comment les modifications de la composition du liquide céphalo-rachidien (augmentation de l’expression de la protéine Galectine 3) contribuent au maintien de la plasticité des astrocytes dans le cerveau. L’identification de la protéine Galectine 3 comme inducteur de la plasticité des astrocytes a permis de découvrir d’autres biomarqueurs offrant une modulation bénéfique au sein du parenchyme cérébral lésé. Ces régulateurs de la prolifération des astrocytes après une lésion aiguë présentent un potentiel important pour de futures applications cliniques de ces biomarqueurs en tant qu’indicateurs permettant de détecter une réponse bénéfique à une thérapie par cellules souches gliales ou d’aider à identifier la présence d’autres cellules dotées d’un potentiel de cellules souches dans le cerveau lésé d’un patient [5].
Références cliniques publiées
[1] ^ Rauf A, Badoni H, Abu-Izneid T, Olatunde A, Rahman MM, Painuli S, Semwal P, Wilairatana P, Mubarak MS. Marqueurs neuro-inflammatoires : indicateurs clés dans la pathologie des maladies neurodégénératives. Molecules. 2022 mai 17;27(10):3194. doi: 10.3390/molecules27103194. PMID: 35630670; PMCID: PMC9146652.
[2] ^Dejakaisaya H, Kwan P, Jones NC. Implication des astrocytes et du glutamate dans la pathogenèse de l’épilepsie dans la maladie d’Alzheimer. Epilepsia. 2021 juil.;62(7):1485-1493. doi: 10.1111/epi.16918. Publication électronique 2021 mai 10. PMID: 33971019.
[3] ^ Freeman MR. Spécification et morphogenèse des astrocytes. Science. 2010 nov. 5;330(6005):774-8. doi: 10.1126/science.1190928. PMID: 21051628; PMCID: PMC5201129.
[4] ^ Ganapathy K, Datta I, Bhonde R. Des cellules de type astrocytaire différenciées à partir de cellules souches de pulpe dentaire protègent les neurones dopaminergiques contre la toxicité de la 6-hydroxydopamine. Mol Neurobiol. 2019 juin;56(6):4395-4413. doi: 10.1007/s12035-018-1367-3. Publication électronique 2018 oct 16. PMID: 30327976.
[5] ^ Alisch M, Kerkering J, Crowley T, Rosiewicz K, Paul F, Siffrin V. Identification of the gliogenic state of human neural stem cells to optimize in vitro astrocyte differentiation. J Neurosci Methods. 2021 Sep 1;361:109284. doi: 10.1016/j.jneumeth.2021.109284. Epub 2021 Jul 7. PMID: 34242705.
