La fonction cérébrale dépend du mouvement rapide des signaux électriques le long des axones, les longues extensions des cellules nerveuses qui relient des milliards de cellules cérébrales. Les fibres nerveuses sont isolées par une couche graisseuse appelée myéline, produite par des cellules spécialisées appelées oligodendrocytes. Ces cellules recouvrent et isolent les fibres nerveuses, assurant une transmission rapide et efficace des signaux essentiels au fonctionnement cérébral.
Les oligodendrocytes détectent les signaux électriques et y répondent
Aujourd’hui, une équipe de neuroscientifiques dirigée par Aiman Saab de l’Institut de pharmacologie et de toxicologie de l’Université de Zurich (UZH) a découvert une nouvelle fonction centrale de ces cellules productrices de myéline dans le cerveau des souris. “Nous avons découvert que les oligodendrocytes non seulement reconnaissent les signaux des fibres nerveuses actives, mais y répondent également en accélérant immédiatement leur consommation de glucose, une source d’énergie primaire”, explique Saab. De cette manière, les oligodendrocytes délivrent des molécules riches en énergie aux axones à allumage rapide pour répondre à leurs besoins énergétiques dynamiques.
Le potassium est un signal clé qui active les oligodendrocytes
Pour comprendre comment les axones électriquement actifs communiquent avec les oligodendrocytes qui les entourent, les chercheurs ont examiné le nerf optique de souris, une voie idéale pour stimuler et surveiller l’activité électrique des axones myélinisés. Pour déclencher la décharge axonale et observer comment les oligodendrocytes réagissent à cette activité, ils ont utilisé de minuscules biocapteurs : des protéines conçues qui servent de détecteurs microscopiques des changements moléculaires. “En utilisant divers produits chimiques et inhibiteurs, nous avons pu montrer que le potassium, libéré par les axones lors de leur décharge, est le signal clé qui active les oligodendrocytes”, explique Zoe Looser, première auteure de l’étude.
Le manque de canaux potassiques entraîne des dommages aux fibres nerveuses
Les chercheurs ont également identifié un canal potassique spécifique appelé « Kir4.1 » comme acteur clé dans la communication entre les fibres nerveuses et les oligodendrocytes. Pour étudier leur rôle, l’équipe a utilisé des souris génétiquement modifiées dépourvues de ces canaux dans leurs oligodendrocytes. Chez ces souris, les axones entourés d’oligodendrocytes sans ces canaux potassiques présentaient des niveaux réduits de lactate, un sous-produit important du métabolisme du glucose, et une réponse réduite à la poussée de lactate lors de l’activation. “Ces changements se sont accompagnés d’une réduction du métabolisme du glucose dans les fibres nerveuses et ont finalement conduit à de graves lésions des axones à mesure que les souris vieillissaient”, ajoute Looser.
Comment l’âge et la maladie affectent la santé des fibres nerveuses
Les résultats mettent en évidence le rôle essentiel des oligodendrocytes dans la régulation des processus métaboliques au sein des axones, essentiels au maintien de connexions cérébrales saines. Le glucose renforce non seulement les fibres nerveuses, mais soutient également les mécanismes de protection contre le stress oxydatif. “Les perturbations du métabolisme axonal du glucose dues à un dysfonctionnement des oligodendrocytes pourraient entraîner des lésions nerveuses, qui constituent un problème lié au vieillissement et à diverses maladies neurodégénératives telles que la sclérose en plaques et la maladie d’Alzheimer”, explique Aiman Saab. La prochaine étape consistera à comprendre comment la régulation du glucose par les oligodendrocytes affecte les fonctions spécifiques des fibres nerveuses, avec un accent particulier sur leur santé dans le cadre du vieillissement et des troubles neurologiques.