Sur l’image au microscope, les astrocytes sont colorés en vert et les cellules immunitaires en rouge. Les membranes basales des vaisseaux sont visibles en blanc. Crédit : Université de Münster / Hôpital universitaire de Bonn (UKB)
Les chercheurs ont identifié de nouveaux substrats de gélatinase qui jouent un rôle dans le fonctionnement de la barrière astrogliale.
Dans la neuroinflammation, les cellules immunitaires comme les leucocytes traversent la barrière hémato-encéphalique, un facteur crucial étant les métalloprotéinases matricielles des gélatinases (MMP) -2 et -9. Les substrats spécifiques sur lesquels ces enzymes agissent au cours de ce processus n’étaient pas identifiés jusqu’à récemment. En utilisant une méthode de sécrétome sensible basée sur la spectrométrie de masse, des scientifiques de l’Université de Münster et de l’hôpital universitaire de Bonn ont réussi à identifier des centaines de molécules qui sont clivées à partir de la surface cellulaire des astrocytes.
Ce faisant, ils ont généré une base de données unique de substrats MMP-2/-9 spécifiques à la formation et au maintien de la barrière ainsi qu’à la communication entre les astrocytes et les neurones. Les résultats ont récemment été publiés dans la revue Avancées scientifiques.
Les cellules endothéliales situées sur la paroi interne des vaisseaux sanguins cérébraux forment une barrière protectrice pour le cerveau via des jonctions étroitement liées. Cependant, sans les astrocytes sous-jacents, une forme de cellules gliales, une barrière hémato-encéphalique (BBB) entièrement fonctionnelle ne peut pas se former. Dans la neuroinflammation, les couches endothéliales et astrogliales constituent, sur le plan moléculaire et fonctionnel, deux barrières distinctes contre l’invasion des globules blancs, appelés leucocytes.
Cependant, des études sur la sclérose en plaques (SEP) montrent que les symptômes de la maladie ne se développent que lorsque les cellules immunitaires ont également pénétré la couche astrogliale.
« Cela souligne leur contribution importante à l’intégrité fonctionnelle de la BHE ainsi que leur indépendance par rapport à la barrière endothéliale », déclare le professeur Lydia Sorokin, directrice de l’Institut de chimie physiologique et de pathobiochimie à l’Institut de chimie physiologique et de pathobiochimie. Université de Munster. « Mais contrairement à la pénétration des leucocytes dans la barrière endothéliale, les processus ultérieurs au niveau de la couche astrogliale sont peu connus. »
Les données sur les processus à la surface cellulaire des astrocytes sont minces
On sait que les gélatinases, les métalloprotéinases matricielles (MMP) -2 et -9 régulent l’invasion des leucocytes dans le cerveau lors de la neuroinflammation. L’activité de ces deux enzymes de clivage des protéines est ainsi un marqueur précoce de l’invasion du parenchyme cérébral par ces cellules immunitaires – à ce jour, le seul marqueur spécifique d’une neuroinflammation en cours.
« Les preuves suggèrent que la MMP-2 et la MMP-9 ont des effets à la fois positifs et négatifs sur la BHE. Par conséquent, déchiffrer la spécificité de leur substrat à la limite du parenchyme cérébral contribuera à la compréhension des processus moléculaires essentiels à la fonction de barrière astrogliale », a déclaré le professeur Sorokin.
La sécrétomique est la clé des peptides issus du clivage protéolytique
L’identification des sites de clivage enzymatique est un défi. L’équipe de recherche s’appuie notamment sur les progrès récents de la spectrométrie de masse (MS) pour analyser le sécrétome – une méthode capable de détecter de manière exhaustive les protéines sécrétées par les cellules. Dans cette étude, ils ont développé cette méthode pour identifier les clivages protéolytiques des protéines associées à la membrane cellulaire. « Notre approche détecte les fragments de protéines libérés de manière extracellulaire indépendamment des enrichissements biochimiques et est donc particulièrement sensible », a déclaré le professeur Felix Meissner, directeur de l’Institut de l’immunité innée de l’UKB. En utilisant une approche adaptée du sécrétome MS, l’équipe a identifié deux classes principales de composés libérés par MMP-2/MMP-9 à partir de la surface des cellules des astrocytes. La validation de ces nouveaux substrats de la neuroinflammation a été réalisée dans le modèle murin de sclérose en plaques et dans des échantillons de SEP humaine.
Dans l’ensemble, la combinaison de l’approche sécrétome MS avec la connaissance de la barrière astrogliale fournit une base de données unique de substrats de gélatinase jusqu’alors inconnus qui contribuent probablement à la fonction de barrière de la limite astrogliale. De plus, des preuves suggèrent que l’activité MMP-2/MMP-9 pourrait également influencer la communication entre les astrocytes et les neurones.
« Notre approche visant à identifier les processus protéolytiques qui contrôlent la fonction de barrière astrogliale fonctionne et offre des opportunités pour de futures recherches visant à comprendre la nature moléculaire de la barrière astrogliale et sa contribution à la BBB », a déclaré le professeur Meissner.
