α2δ-2 mediates coupling of presynaptic calcium entry to vesicle release in hippocampal parvalbumin-expressing interneurons

Le cerveau repose sur un équilibre délicat entre les signaux qui excitent les neurones et les signaux qui les calment. Lorsque cet équilibre penche trop vers l'excitation, le résultat peut être une crise d'épilepsie, une poussée soudaine d'activité électrique qui perturbe le fonctionnement normal. Pour maintenir cette stabilité, le cerveau utilise des cellules spéciales appelées interneurones, qui agissent comme les freins du système nerveux. Ces cellules libèrent un messager chimique connu sous le nom de GABA qui ralentit les neurones voisins, empêchant ces derniers de s'activer trop rapidement. Pour que ce système de freinage fonctionne, les interneurones doivent être capables de détecter l'arrivée d'un signal électrique et de libérer instantanément leur cargaison chimique. Ce processus dépend de minuscules pores dans la membrane cellulaire appelés canaux calciques, qui laissent entrer le calcium pour déclencher la libération. Cependant, ces canaux ont souvent besoin de l'aide de protéines partenaires plus petites pour fonctionner correctement, et les scientifiques apprennent encore exactement comment ces partenariats fonctionnent dans différentes parties du cerveau.

Une équipe de chercheurs a récemment porté son attention sur une protéine partenaire spécifique appelée alpha-2-delta-2, qui appartient à une famille de molécules qui assistent les canaux calciques. Ils se sont concentrés sur un groupe de cellules inhibitrices dans l'hippocampe, une région du cerveau vitale pour la mémoire, qui sont marquées par une protéine appelée parvalbumine. Ces cellules positives à la parvalbumine sont connues pour être riches en la protéine partenaire alpha-2-delta-2, et des études antérieures avaient montré que les souris dépourvues de cette protéine souffrent de crises d'épilepsie spontanées. Les chercheurs voulaient comprendre le lien mécanique entre l'absence de cette protéine et les crises. Ils se sont demandé si l'absence de cette protéine partenaire réduisait simplement le nombre de ces cellules de freinage, ou si elle brisait la machinerie à l'intérieur des cellules qui permet de libérer leurs substances chimiques calmantes en premier lieu.

Pour trouver la réponse, les scientifiques ont préparé de fines coupes de tissu cérébral provenant de souris dépourvues de la protéine alpha-2-delta-2 et les ont comparées à des coupes provenant de souris normales. Ils ont d'abord examiné l'activité globale dans le gyrus denté, une zone spécifique de l'hippocampe. Ils ont découvert que chez les souris dépourvues de la protéine, l'équilibre des signaux avait basculé ; les signaux excitateurs étaient plus forts par rapport aux signaux inhibiteurs. Pour voir si cela était dû au fait que les cellules de freinage ne parvenaient pas à s'activer, les chercheurs ont utilisé une technique appelée optogénétique, qui permet aux scientifiques d'activer ou de désactiver des cellules spécifiques à l'aide de la lumière. Lorsqu'ils ont utilisé la lumière pour activer les cellules positives à la parvalbumine, les souris normales ont montré une forte libération de signaux inhibiteurs. En revanche, les souris sans la protéine alpha-2-delta-2 produisaient des courants inhibiteurs considérablement plus faibles, indiquant que les cellules avaient du mal à faire leur travail.

L'équipe a ensuite cherché à savoir si les cellules manquaient simplement ou si elles étaient présentes mais défaillantes. En colorant le tissu pour visualiser les cellules, ils ont découvert qu'il y avait effectivement moins de connexions de ces cellules inhibitrices vers leurs neurones cibles chez les souris mutantes. Cependant, le problème allait plus loin qu'une simple perte de connexions. Même les connexions qui subsistaient étaient fonctionnellement altérées. Les chercheurs ont mesuré la probabilité que les cellules libèrent leur messager chimique et ont constaté qu'elle était nettement plus faible chez les souris mutantes. De plus, ils ont observé que l'approvisionnement en paquets chimiques prêts à être libérés, connus sous le nom de vésicules, était plus faible que chez les souris normales.

Enfin, les scientifiques ont examiné la manière dont les canaux calciques étaient liés à la libération de ces vésicules. En manipulant les niveaux de calcium à l'intérieur et à l'extérieur des cellules, ils ont démontré que la connexion entre l'entrée du calcium et la libération consécutive du produit chimique inhibiteur était beaucoup plus faible dans les cellules dépourvues de la protéine alpha-2-delta-2. L'étude conclut que cette protéine partenaire spécifique est essentielle pour coupler l'entrée du calcium à la libération des signaux inhibiteurs dans ces cellules cérébrales. Sans elle, le système de freinage devient inefficace, menant à un état où le cerveau est plus sujet aux tempêtes électriques incontrôlées connues sous le nom de crises d'épilepsie. Les résultats suggèrent que les crises observées chez ces souris ne sont pas seulement le résultat d'un nombre réduit de cellules inhibitrices, mais sont causées par une rupture fondamentale dans la façon dont les cellules restantes communiquent et libèrent leurs signaux calmants.