Modulation endocannabinoïde des cellules astrogliales dans la sclérose en plaques

Endocannabinoid modulation of astroglial cells in multiple sclerosis

• Auteur / Autrice : Álvaro Moreno García
• Direction : Giovanni Marsicano, Susana Mato Santos
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Neurosciences
• Date : Soutenance le 16/05/2022
• Etablissement(s) : Bordeaux en cotutelle avec Universidad del País Vasco
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la vie et de la santé (Bordeaux)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Endocannabinoïdes et neuroadaptation
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Neurocentre Magendie (Bordeaux)
• Jury : Président / Présidente : Javier Fernández Ruiz
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Elena Alberdi, Ana Covelo, Andres Ozaita, Maite Solas
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Javier Fernández Ruiz, Alfonso Araque

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cannabinoïdes

Sclérose en plaques

Neurotransmetteurs

Astrocytes

Mots clés libres

Cb1r

Astrocytes

Système endocannabinoide

Cb1r

Astrocytes

Endocannabinoid system

Résumé

La sclérose en plaques (SEP) est une maladie inflammatoire chronique à médiation immunitaire du système nerveux central et est une cause majeure de handicap chez les jeunes adultes. Il est bien établi que l'activation des astrocytes est à l'origine de l'inflammation chronique et de la neurodégénérescence dans le modèle d'encéphalomyélite auto-immune expérimentale (EAE) de la SEP et que la modulation in vivo de la signalisation astrocytaire a des effets bénéfiques sur la progression de la maladie. L'identification des facteurs conduisant à l'activité pathogène des astrocytes dans la SEP contribuera donc au développement de nouvelles stratégies de traitement plus efficaces. Dans ce contexte, a récemment été identifiée dans la SEP une population neurotoxique d'astrocytes réactifs, induits par la microglie activée, qui contribue à la mort des neurones et des oligodendrocytes.Les astrocytes présentent une dynamique Ca2+ complexe qui est fondamentale pour la signalisation intracellulaire ainsi que la communication intercellulaire. Les signaux Ca2+ dépendants de l'activité dans les astrocytes régulent directement les fonctions biologiques de ces cellules et affectent l'intégration et le traitement des informations synaptiques. En effet, les astrocytes répondent par une élévation du Ca2+ cytosolique à une grande variété de neurotransmetteurs libérés par les neurones. Ils libèrent ensuite une pléthore de molécules neuroactives, appelées gliotransmetteurs. Des astrocytes réactifs présentant une signalisation déréglée du Ca2+ ont été trouvés dans plusieurs troubles neurologiques. Cependant, la dynamique du Ca2+ des astrocytes n'a pas encore été étudiée dans le contexte de la SEP.Les astrocytes et la microglie sont modulés par les endocannabinoïdes et participent à la biosynthèse et au métabolisme de ces composés. Cependant, le rôle des cellules neurogliales en tant que cibles et médiateurs de la signalisation endocannabinoïde dans la SEP reste très peu compris. Les (endo)cannabinoïdes agissant par l'intermédiaire des récepteurs cannabinoïdes de type 1 (CB1Rs) permettent de contrôler les symptômes de la SEP. Ces effets bénéfiques sont principalement modulés par l'activation des CB1Rs neuronaux qui engagent une protection contre l'excitotoxicité du glutamate. D'autre part, les CB1Rs exprimés dans les astrocytes induisent des élévations intracellulaires de Ca2+ qui favorisent la libération de glutamate. Ce mécanisme sous-tend l'altération de la mémoire de travail par les cannabinoïdes aigus chez les rongeurs et pourrait contribuer aux événements excitotoxiques dans les conditions neurodégénératives telles que la SEP.Dans ce travail, nous avons abordé plusieurs objectifs visant à déchiffrer le rôle du système endocannabinoïde dans la modulation des astrocytes pendant la SEP. Dans le modèle EAE de SEP, nous avons 1) étudié la dynamique temporelle de la dérégulation de la signalisation endocannabinoïde dans les astrocytes réactifs, 2) caractérisé les changements dans la signalisation Ca2+ astrocytaire et 3) examiné le rôle des CB1Rs astrogliaux pendant la démyélinisation auto-immune. Nos résultats montrent que l'activation des astrocytes au cours de l'EAE implique des altérations transcriptionnelles précoces affectant les molécules associées à la signalisation endocannabinoïde. Ensuite, nous avons identifié les CB1Rs comme régulateurs cruciaux de la dynamique du Ca2+ astrocytaire dans le cortex de la souris in vivo et découvert une signalisation aberrante du Ca2+ dans la SEP. Enfin, nous dévoilons que les CB1Rs astrocytaires exacerbent l'incapacité neurologique et la neuroinflammation au cours de l'EAE, ce qui met en évidence un rôle précédemment inattendu du système endocannabinoïde dans la physiopathologie de la myéline. Ces données élargissent les connaissances actuelles sur les mécanismes impliqués dans les bénéfices ainsi que les effets secondaires des traitements actuels de la SEP, ciblant les CB1Rs.

Multiple sclerosis (MS) is an immune-mediated, chronic inflammatory disease of the central nervous system and a leading cause of disability in young adults. It is well-established that astrocyte activation drives chronic inflammation and neurodegeneration in the experimental autoimmune encephalomyelitis (EAE) model of MS and in vivo modulation of astrocyte signaling exhibits beneficial effects during disease progression. It is thus envisaged that the identification of factors driving pathogenic astrocyte activity in MS will contribute to the development of novel and more successful treatment strategies. In this context, a neurotoxic population of neurotoxic reactive astrocytes induced by activated microglia that contributes to the death of neurons and oligodendrocytes has been recently identified in MS.Astrocytes present complex and tightly controlled Ca2+ dynamics which are fundamental to intracellular signaling and intercellular communication. Activity-dependent Ca2+ signals in astrocyte regulate directly the biological functions of these cells and affect the integration and processing of synaptic information, modulating synaptic transmission, plasticity and behavior. Indeed, astrocytes respond with cytosolic Ca2+ elevations to a wide variety of neurotransmitters released by neurons and subsequently release a plethora of neuroactive molecules, called gliotransmitters, which comprise glutamate, ATP, D-serine and GABA. Reactive astrocytes displaying deregulated Ca2+ signaling have been found in several neurological disorders. However, astrocyte Ca2+ dynamics have not been investigated in the context of MS.Astrocytes and microglia are modulated by endocannabinoids and participate in the biosynthesis and metabolism of these compounds. However, the role of neuroglial cells as targets and mediators of endocannabinoid signaling in MS remains poorly understood. (Endo)cannabinoids acting through cannabinoid type 1 receptors (CB1Rs) exert symptom control in MS. These beneficial effects are mainly mediated by the activation of neuronal CB1Rs that engage protection from glutamate excitotoxicity. On the other hand, CB1Rs expressed in astrocytes induce intracellular Ca2+ elevations that promote glutamate release. This mechanism underlies working memory impairment by acute cannabinoids in rodents and may contribute to excitotoxic events in neurodegenerative conditions such as MS.In this work, we have addressed several objectives aimed at deciphering the role of the endocannabinoid system in modulating astrocytes during MS. In the EAE model of chronic MS we have 1) investigated the temporal dynamics of endocannabinoid signaling deregulation in reactive astrocytes, 2) characterized changes in astrocyte Ca2+ signaling and 3) examined the role of astroglial CB1Rs during autoimmune demyelination using conditional mutant mice. Our results show that astrocyte activation during EAE involves early transcriptional alterations affecting endocannabinoid signaling associated molecules. Secondly, we have identifies CB1Rs as crucial regulators of astrocytic Ca2+ dynamics in the mouse cortex in vivo and uncover aberrant Ca2+ signaling in MS. Lastly, we unveil that astrocyte CB1Rs exacerbate neurological disability and neuroinflammation during EAE pointing out to a previously unexpected role of the ECS in the pathophysiology of myelin. These data broaden current knowledge on the mechanisms involved in benefits/side effects of currently available MS treatments targeting CB1Rs and pave the way for the development of novel, more efficacious endocannabinoid system-modulating drugs to treat MS.