Caractéristiques des astrocytes, propriétés anatomiques et fonctions

Le les astrocytes, également connu sous le nom d'astroglías, sont un type de cellules gliales de la lignée neuroectodermique. Ils proviennent des cellules responsables de la migration des précurseurs au cours du développement et se forment pendant les premiers stades du développement du système nerveux central.

Ces cellules se distinguent comme les cellules gliales les plus importantes et les plus nombreuses dans les différentes régions du cerveau. Sur le plan fonctionnel, ils sont chargés d’exécuter un grand nombre d’activités essentielles à la réalisation d’une activité nerveuse.

Les astrocytes sont directement associés aux neurones et aux autres cellules du corps. De même, ils sont responsables de la formation de la frontière entre le corps et le système nerveux central à travers les «glia limitans».

Dans cet article, nous examinons les principales caractéristiques des astrocytes. Ses propriétés moléculaires et physiologiques sont discutées et les fonctions exécutées par ce type de cellules sont expliquées.

Caractéristiques des astrocytes

Les astrocytes constituent la plupart des cellules du corps. Ils font partie des cellules gliales, c’est-à-dire qu’ils constituent une série d’éléments responsables d’accompagner et d’aider le fonctionnement des neurones du cerveau.

La quantité d'astrocytes dans le cerveau des êtres vivants semble être liée à la taille de l'animal. Ainsi, par exemple, les mouches ont 25% d'astrocytes, tandis que les souris en contiennent 60%, les humains 90% et les éléphants 97%.

De tous les types de cellules gliales, les plus abondants sont les astrocytes. Des études sur sa prévalence montrent que ce type de cellules constitue environ 25% du volume cérébral.

En ce qui concerne sa fonctionnalité, les astrocytes se caractérisent par une activité quelque peu énigmatique. Depuis sa description par Ramón y Cajal, l'un des scientifiques les plus célèbres de l'histoire, puis par Río-Ortega, il a été considéré qu'ils n'assuraient que des fonctions de support.

Cependant, au cours des dernières années, sa fonction a été reconsidérée et il a été démontré que ces cellules sont vitales pour permettre un microenvironnement correct qui donne lieu à un fonctionnement adéquat du cerveau.

De même, les propriétés moléculaires décrites sur les astrocytes ont montré que ces cellules jouent un rôle fondamental dans la transmission des informations au sein du système nerveux.

Morphologie

Tous les astrocytes n'ont pas les mêmes propriétés. En effet, selon leur morphologie, ces types de cellules peuvent être classés en deux grands groupes: les astrocytes protoplasmiques et les astrocytes fibreux.

Les astrocytes protoplasmiques se caractérisent par être dans la matière grise du système nerveux. Ses processus impliquent à la fois des synapses (connexion avec des neurones) et des vaisseaux sanguins.

Morphologiquement, ils se caractérisent par une forme globuleuse, avec plusieurs branches principales qui donnent lieu à des processus hautement ramifiés, ainsi qu’une distribution uniforme.

Les astrocytes fibreux, quant à eux, sont situés dans la substance blanche du système nerveux. Ils se caractérisent par une connexion directe avec les nœuds de Ranvier, ainsi qu'avec les vaisseaux sanguins.

La ramification des astrocytes fibreux est plus faible par rapport aux protoplasmes et leurs processus se caractérisent par une plus grande allongement des fibres nerveuses.

Les projections des deux types d'astrocytes ne se chevauchent pas dans le cerveau adulte, cependant, il a été démontré que ces types de cellules établissent des jonctions lacunaires avec les processus astrocytaires voisins.

De même, il convient de noter que, bien que cette classification morphologique soit la plus utilisée au niveau scientifique pour ses recherches, les astrocytes sont des cellules très hétérogènes.

En effet, plusieurs types d'astrocytes ont été différenciés en fonction de leurs caractéristiques, tels que les astrocytes spécialisés, la glie de Bergmann ou la glie de Muller.

Structure

Les propriétés structurelles du cytosquelette d'astrocytes sont maintenues dans le réseau de filaments intermédiaires. La principale composante de ces filaments est la protéine acide fibrillaire gliale (GFAP).

En effet, le GFAP induit dans les lésions cérébrales et les pathologies dégénératives du système nerveux central, dont l'expression est également accentuée avec l'âge, est le marqueur classique de l'identification immunohistochimique des astrocytes.

Le GFAP se caractérise par la présentation de huit isoformes provenant de spilings alternatifs. Chacun d'eux est exprimé dans des sous-groupes spécifiques d'astrocytes et confère des propriétés structurelles différentes du réseau de filaments intermédiaires.

Opération

Les astrocytes sont caractérisés comme des cellules excitables ayant des propriétés communicatives. Autrement dit, ils sont activés à la fois par des signaux internes et des signaux externes et envoient des messages spécifiques aux cellules voisines.

Ce processus réalisé par ce type de cellules est appelé processus "gliotransmission". En ce sens, les astrocytes sont des éléments excitables et communicatifs mais ne génèrent pas de potentiels d'action tels que les neurones.

Les astrocytes présentent des augmentations transitoires de la concentration de calcium intracellulaire.Ces modifications de la concentration en calcium sont responsables de la communication entre les astrocytes, ainsi que de la communication entre les astrocytes et les neurones.

Plus spécifiquement, le fonctionnement des astrocytes se caractérise par les éléments suivants:

1. Il se produit sous forme d'oscillations intrinsèques résultant de la libération de calcium des réserves intracellulaires (excitation spontanée).
2. Se produit par les transmissions libérées par les neurones. Plus précisément, les neurones libèrent des substances telles que l'ATP ou le glutamate, qui activent des récepteurs couplés aux protéines G qui entraînent la libération de calcium du réticulum endoplasmique.
3. Certaines prolongations des astrictos sont en contact avec des vaisseaux capillaires formant des processus pédiculaires. Dans d'autres cas, les prolongements de ces cellules peuvent entourer les synapses nerveuses.

Le noyau des astrocytes se caractérise par être plus clair que celui des autres types de cellules gliales. De même, son cytoplasme contient une grande quantité de granules de glycogène et de filaments intermédiaires.

En ce sens, les astrocytes sont capables d'exprimer dans leur membrane un grand nombre de récepteurs de différents émetteurs. Ce fait incite à penser que différentes substances telles que le glutamate, le GABA ou l’acétylcholine sont capables de générer une augmentation du calcium intracellulaire.

D'autre part, les astrocytes sont des cellules gial qui non seulement répondent à la présence de neurotransmetteurs, mais sont également capables de libérer des produits chimiques.

Cette transmission qui vient d'être commentée sur le fonctionnement des astrocytes provient de la molécule messagère IP3 et du calcium. La molécule messagère IP3 est responsable de l'activation des canaux calciques dans les organelles cellulaires.

Ce faisant, les astrocytes libèrent ces substances dans leur cytoplasme. ions calcium libérés stimulent la production de plus grandes quantités de IP3, fait qui motive l'apparition d'une onde électrique se propageant astrocytes à astrocytes.

ATP extracellulaire plutôt la libération et l'activation des récepteurs purinergiques astrocytes voisins sont les éléments menant à la communication de ces cellules.

Fonctions

Bien qu'initialement ils ont été accordés fonctions de soutien que astrocytes, aujourd'hui, il a été démontré que ces cellules jouent un rôle important dans divers aspects du développement, le métabolisme et la pathologie du système nerveux.

En fait, ces cellules sont des éléments essentiels du support trophique et métabolique de certains neurones. À leur tour, leur différenciation, la genèse de leurs synapses et leur homéostasie cérébrale modulent leur survie.

À cet égard, les principales fonctions ont été données à astrocytes dans les différentes enquêtes sont impliqués dans le développement du système nerveux contrôle la fonction synaptique, régule le débit sanguin, l'énergie et le métabolisme du système nerveux, les rythmes modulent circadiens, et participe à la barrière hémato-encéphalique et au métabolisme des lipides.

Développement du système nerveux et de la plasticité synaptique

Les astrocytes sont des cellules qui jouent un rôle fondamental dans le développement du système nerveux. Les axones en croissance des neurones sont guidés vers leurs cibles à travers les molécules guides dérivées des astrocytes.

De même, ces cellules pourraient jouer un rôle important dans la taille synaptique à travers les voies phagocytaires.

En revanche, les astrocytes sont activement impliqués dans la synaptogenèse, à la fois au cours du développement et après avoir souffert de lésions du système nerveux central.

En fait, plusieurs études ont montré que l'activité synaptique des neurones diminue de manière significative par l'absence d'astrocytes et augmente lorsque ces cellules sont présentes.

Contrôle de la fonction synaptique

Certaines études ont montré que les astrocytes sont directement impliqués dans la transmission synaptique en libérant des molécules actives sur le plan synaptique appelées gliotransmetteurs.

Ces molécules sont libérées par les astrocytes en réponse à l'activité synaptique neuronale, qui produit l'excitation de ces cellules gliales par des ondes de calcium. De même, ces molécules provoquent en même temps une excitabilité neuronale.

En ce sens, Kang et al ont montré que les astrocytes interviennent dans la potentialisation de la transmission synaptique inhibitrice dans les coupes hippocampiques. En revanche, Fellin et al ont montré que ces cellules gliales induisent une synchronie neuronale mesurée par le glutamate.

Régulation du flux sanguin

Une autre fonction importante des astrocytes est de réguler le flux sanguin qui atteint le système nerveux. Cette activité est réalisée grâce au couplage des modifications de la microcirculation cérébrale avec l'activité neuronale.

Les ondes de calcium dans les astrocytes présentent une corrélation positive avec l'augmentation de la microcirculation vasculaire. De même, ils ont rapporté des preuves que des signaux neuronaux induisent des médiateurs de libération de calcium des ondes astrocytes comme la prostaglandine E ou de l'oxyde nitrique.

Cette fonction est réalisée car les astrocytes ont deux domaines: un pied vasculaire et un pied neuronal. L'union étroite entre les neurones, les astrocytes et les vaisseaux sanguins est connue sous le nom de jonction neurovasculaire et constitue l'un des éléments les plus importants pour assurer le bon fonctionnement du système nerveux.

Energie et métabolisme du système nerveux

Les astrocytes sont des cellules qui contribuent également au bon métabolisme du système nerveux central.

Cette fonction est réalisée grâce aux processus de contact avec les vaisseaux sanguins. Ces processus permettent aux astrocytes de capturer le glucose de la circulation et de fournir des métabolites énergétiques aux neurones.

En fait, plusieurs études ont montré que les astrocytes sont la principale réserve de granulés de glycogène dans le cerveau. De plus, ces granules sont beaucoup plus abondants dans les zones de forte densité synaptique et, par conséquent, de dépense énergétique plus élevée.

Enfin, il a également été montré que les taux de glycogène dans les astrocytes sont déterminés par le glutamate et que les métabolites du glucose sont transmis aux astrocytes voisins par des jonctions lacunaires.

Barrière hématoencéphalique

La barrière hémato-encéphalique est une structure vitale du système nerveux qui régule «l'entrée» des substances dans le cerveau. Cette barrière est constituée de cellules endothéliales qui forment des jonctions serrées et sont entourées par la lame basale, les péricytes périvasculaires et les terminaisons des astrocytes.

Ainsi, il est postulé que les astrocytes pourraient jouer un rôle important dans la formation et l'activité de la barrière hémato-encéphalique. Cependant, à l'heure actuelle, cette fonction des astrocytes n'est pas bien documentée.

Certaines études ont montré que ce type de cellules gliales est responsable de l'induction des propriétés des bactéries dans les cellules endothéliales en libérant différents facteurs.

Régulation des rythmes circadiens

Les astrocytes communiquent avec les neurones par l'adénosine, une substance impliquée dans l'homéostasie du sommeil et les effets cognitifs résultant de la privation de sommeil.

En ce sens, l'inhibition de la gliotransmission des astrocytes est l'un des éléments qui préviennent le déficit cognitif associé à la privation de sommeil.

Métabolisme lipidique et sécrétion de lipoprotéines

Enfin, les astrocytes sont des cellules également liées au métabolisme lipidique du système nerveux. Cette fonction est assurée par des taux de cholestérol étroitement régulés entre les neurones et les astrocytes.

De même, des altérations du métabolisme lipidique, en particulier du cholestérol, sont également liées au développement de maladies neurodégénératives telles que la maladie d'Alzheimer ou la maladie de Pick.

De cette manière, les astrocytes sont des éléments importants dans le métabolisme lipidique du cerveau, ainsi que dans la prévention des pathologies neurodégénératives.

Références

1. A. Barres Le mystère et la magie de la glie: une perspective sur leurs rôles dans la santé et la maladie. Neuron, 60 (2008), pp. 430-440.
2. Fiacco TA, Agulhon C, McCarthy KD (octobre 2008). "Tri de la physiologie des astrocytes à partir de la pharmacologie".
3. Muroyama, Y; Fujiwara, Y; Orkin, SH; Rowitch, DH (2005). "Spécification des astrocytes par la protéine SCL bHLH dans une région restreinte du tube neural". 438 (7066): 360-363.
4. Kimelberg HK, Jalonen T, Walz W (1993). "Régulation du microenvironnement cérébral: transmetteurs et ions". Dans Murphy S.Astrocytes: pharmacologie et fonction. San Diego, Californie: Academic Press. pp. 193-222.
5. V. Sofroniew, H.V. Vinters Astrocytes: biologie et pathologie Acta Neuropathol, 119 (2010), p. 7-35.
6. Doetsch, I. Caillé, D.A. Lim, J.M. García-Verdugo, A. Alvarez-Buylla Les astrocytes de la zone sous-ventriculaire sont des cellules souches neurales dans le cerveau des mammifères adultes Cell, 97 (1999), pp. 703-716.