Contribution de l'activité muscarinique des cellules de Schwann périsynaptiques dans la vulnérabilité différentielle des jonctions neuromusculaires dans la sclérose latérale amyotrophique

Abstract

La sclérose latérale amyotrophique (SLA) est une maladie neurodégénérative qui affecte spécifiquement les motoneurones (MNs) supérieurs et inférieurs conduisant à une paralysie musculaire. La dénervation des jonction neuromusculaires (JNMs) se produit en amont de la mort des MNs de la moelle épinière chez les patients atteint de la SLA et dans de nombreux modèles murins de la maladie. Récemment, des chercheurs ont révélé une altération de la transmission synaptique, une instabilité morphologique, et une réparation inappropriée des JNMs dans le modèle de souris SOD1 en amont de l’apparition des désordres moteurs. Tandis que notre laboratoire a étudié les trois éléments synaptiques, ce mémoire porte une attention particulière aux cellules de Schwann périsynaptiques (CSPs), les cellules gliales à la JNM, considérant leurs rôles fondamentaux dans la régulation de la structure et la fonction de la JNM. Alors que de nombreuses études ont démontré une susceptibilité à la dénervation dépendante du type d’unité motrice, où certaines serait plus vulnérables au processus de dénervation que d’autres, les propriétés altérées des CSPs ont été généralisé à tous les types de JNMs étudiés. Notamment, des études réalisées dans le laboratoire ont rapporté une capacité inappropriée des CSPs à décoder l’information basée sur une augmentation de l’activation des récepteurs muscariniques (mAChRs). Les fonctions des mAChRs des CSPs sont d’une importance particulière puisque leur activité est essentielle à la stabilité des JNMs et à leur réparation et est régulé par l’activité synaptique. De manière importante, nous avons observé que la diminution chronique in vivo de l’activation des mAChRs des CSPs chez les souris SOD1G37R favorise la réparation de la JNM et améliore les fonctions motrices chez l’animal. Ainsi, la moindre altération dans les propriétés des CSPs pourrait contribuer directement à la vulnérabilité des NMJs dans la SLA. Considérant le rôle crucial des cellules gliales dans la maintenance et la réparation des JNMs, nous avons émis l’hypothèse que les CSPs contribuent à la différence de vulnérabilité observée dans la SLA. Nous avons postulé que l’hyperactivité muscarinique des CSPs contribue à l’instabilité des JNMs vulnérables, alors qu’une activité muscarinique normale contribue à la stabilité des JNMs résistantes. Pour mieux comprendre les différences dans les propriétés des CSPs contribuant à cette différence de vulnérabilité, nous avons étudié les propriétés fonctionnelles des CSPs par imagerie calcique afin de caractériser la signature muscarinique des CSPs aux JNMs d’un muscle vulnerable, l’extensor digitorum longus (EDL). Nous avons évalué l’intégrité des JNMs par un triple marquage immunohistochimique. De manière intéressante, nos résultats ont montré que L’utilisation d’un outil chémogénétique nous a permis d’augmenter l’excitabilité des AChRs des CSPs aux JNMs résistantes des MEOs. L’évaluation de l’intégrité des JNMs par un triple marquage immunohistochimique a montré que le traitement au CNO induit de l’instabilité au niveau des JNMs et nous avons observé des signes de dénervation. Établir un potentiel rôle des CSPs dans la résistance des JNMs a permis de souligner un nouveau facteur important dans la pathophysiologie de la SLA et a fourni des connaissances dans les mécanismes de résistance sélective/vulnérabilité à la dénervation. Cela permet d’ouvrir le champ à de nouvelles cibles thérapeutiques ciblant les cellules gliales à la JNM. De plus, ce nouveau contexte conceptuel de susceptibilité des JNMs peut être transposé à d’autres maladies neuromusculaires.

Amyotrophic lateral sclerosis (ALS) is a fatal late-onset neurodegenerative disease characterized by progressive loss of upper and lower motor neurons (MNs) leading to muscular paralysis. Denervation of the neuromuscular junction (NMJ) is an early pathological event that occurs before the loss of spinal cord MNs in ALS patients and various murine models of the disease. Recently, authors revealed an alteration of synaptic transmission, morphological instability, and inappropriate repair in NMJs of SOD1 mice model prior to motor impairments. While our laboratory studied all three synaptic elements, we put a particular attention to Perisynaptic Schwann cells (PSC), glial cells at the NMJ, owing to their fundamental roles in regulating NMJ structure and function. While numerous studies demonstrated a motor-unit type dependent susceptibility to denervation where some motor units (MUs) would be more vulnerable than others, altered PSC properties were generalized among all types of NMJ studied. Notably, studies performed in the laboratory reported an inappropriate PSC decoding capability based on an enhanced activation of mAChRs. PSC mAChR functions is of particular importance since it is essential for the management of NMJ stability and repair and is regulated by synaptic activity. Importantly, we observed that chronic in vivo dampening of PSC muscarinic activation in SOD1G37R fostered NMJ repair and improved motor function in the ALS mouse model. Hence, any alteration of PSC properties may directly contribute to NMJ vulnerability in ALS. Owing to the critical roles of glial cells for the maintenance and repair of NMJs, we hypothesized that PSC contribute to the differential vulnerability observed in ALS. We proposed that the hyperactive muscarinic excitation of PSCs contributes to NMJ instability at vulnerable NMJs while the normal muscarinic activity contributes to their stability in resistant ones. To better understand the distinctions in PSCs properties contributing to a difference in NMJ vulnerability, we studied the PSC functional properties by calcium imaging to characterize the muscarinic signature of PSCs at the NMJ of a vulnerable muscle, the extensor digitorum longus (EDL). We assessed the integrity of the NMJ by a triple immunostaining. Interestingly, our data revealed that altering PSC properties at resistant NMJs by enhancing the muscarinic excitation of PSCs using a viral strategy created NMJ instability with signs of denervation. Determining the potential role of PSC in the resistance of NMJs highlighted a novel important factor underlying the pathophysiology of ALS and provided significant insights into the mechanisms of selective resistance/vulnerability to denervation. This could pave the way to novel therapeutic targets and strategies targeting glial cells at the NMJ. Furthermore, this novel conceptual context may be carried over to NMJ susceptibility for other neuromuscular diseases.