Les fibres nerveuses actives du cerveau sont alimentées en énergie de manière dynamique

Des cellules spécialisées appelées oligodendrocytes réagissent à l’activité des cellules cérébrales et alimentent les longues connexions nerveuses en énergie en fonction des besoins, comme le montrent les chercheurs. Si cette communication cellulaire est interrompue chez la souris, de graves dommages apparaissent sur les fibres nerveuses avec l’âge, semblables à ceux observés dans les maladies neurodégénératives.

Le fonctionnement du cerveau dépend de la transmission rapide des signaux électriques le long des axones. Ces longues extensions de cellules nerveuses relient des milliards de cellules cérébrales entre elles. Pour assurer une transmission rapide et efficace des signaux, les axones sont enveloppés et isolés par des cellules spéciales : les oligodendrocytes.

Une équipe de neuroscientifiques dirigée par Aiman Saab à l’Institut de pharmacologie et de toxicologie de l’Université de Zurich (UZH) a découvert une nouvelle fonction centrale de ces cellules isolantes dans le cerveau de la souris : ’Les oligodendrocytes ne se contentent pas de percevoir les signaux des fibres nerveuses actives, ils y réagissent aussi immédiatement en accélérant la consommation de la source d’énergie primaire, le glucose’, explique Saab. Ils fournissent donc des molécules riches en énergie aux axones qui tirent rapidement afin de couvrir leurs besoins énergétiques dynamiques.

Pour comprendre comment les axones actifs communiquent avec les oligodendrocytes qui les entourent, les chercheurs ont étudié le nerf optique de la souris. Pour observer le ’feu’ des fibres nerveuses après la stimulation et la manière dont les oligodendrocytes y réagissent, ils ont utilisé de minuscules biocapteurs : des protéines fabriquées artificiellement qui servent de détecteurs microscopiques de changements moléculaires. Nous avons ainsi pu montrer que le potassium est le signal clé qui active les oligodendrocytes. Il est libéré par les axones pendant le feu’, explique Zoe Looser, première auteure de l’étude.

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 son rôle, l’équipe a utilisé des souris génétiquement modifiées dépourvues de ces canaux dans les oligodendrocytes. Chez ces souris, les axones présentaient des taux de lactate réduits et réagissaient moins à l’augmentation du lactate lors de l’activation. Le lactate est un sous-produit important du métabolisme du glucose et indique la rapidité de ce processus. ’L’absence de canaux potassiques a entraîné une diminution du métabolisme du glucose dans les fibres nerveuses et finalement, lorsque les souris vieillissaient, de graves dommages aux axones’, ajoute Looser.

Comment l’âge et les maladies influencent la santé des fibres nerveuses

Les oligodendrocytes jouent donc un rôle essentiel dans la régulation des processus métaboliques dans les axones, qui sont indispensables à des connexions nerveuses saines dans le cerveau. De plus, le glucose ne fournit pas seulement de l’énergie aux axones, il soutient également les mécanismes de protection contre les dommages cellulaires dus au stress oxydatif. ’Si le métabolisme du glucose dans les fibres nerveuses est perturbé en raison de dommages dans les oligodendrocytes, cela peut provoquer des dommages à long terme des cellules nerveuses. Celles-ci sont comparables aux lésions des cellules nerveuses qui apparaissent avec l’âge et dans les maladies neurodégénératives comme la sclérose en plaques et la maladie d’Alzheimer’, explique Aiman Saab. Les chercheurs veulent maintenant étudier ce lien de manière plus approfondie.

Littérature :
Zoe J. Looser, et. al. Oligodendrocyte-axon metabolic coupling is mediated by extracellular K+ and maintains axonal health. Nature Neuroscience. 24 janvier 2024. DOI : 10.1038/s41593’023 -01558-3