Une baisse des niveaux d’oxygène, même temporaire, peut être critique pour les cellules du cerveau. Cela explique pourquoi le cerveau est équipé de capteurs d’oxygène. Dans une étude publiée dans Biologie actuelledes chercheurs du Japon et des États-Unis rapportent la découverte d’un nouveau capteur d’oxygène dans le cerveau de la souris.
Les cellules commencent à mourir dans des conditions de privation d’oxygène, les plus gros consommateurs d’oxygène, comme les cellules du cerveau, étant les premiers à partir. En réponse, le cerveau doit réagir rapidement pour forcer le corps à respirer davantage.
Les astrocytes, cellules de soutien qui modulent en partie l’activité des neurones responsables de la respiration, répondent aux faibles niveaux d’oxygène en exprimant fortement la protéine TRPA1. Lorsqu’il n’y a pas assez d’oxygène dans le cerveau, cette expression à la surface des astrocytes induit la sécrétion de gliotransmetteurs qui provoquent la modulation neuronale de la respiration.
« De nombreuses recherches au cours de la dernière décennie ont indiqué que les astrocytes agissent comme des capteurs d’oxygène, mais nous en savons très peu sur les changements moléculaires réels qui se produisent », explique l’auteur correspondant Yasuo Mori.
Bien que les astrocytes soient situés dans le système nerveux central, ils diffèrent des neurones en ce sens qu’ils réagissent aux lésions neuronales et fournissent un système de support pour les neurones et les connexions synaptiques.
« Nous avons précédemment découvert que les protéines TRPA1 peuvent détecter l’hypoxie et l’hyperoxie, dans les neurones périphériques », poursuit Mori, expliquant la décision de l’équipe de déterminer si elles remplissent une fonction similaire dans les astrocytes.
« Il est intéressant de noter que la séquestration de TRPA1 ne peut se produire qu’en présence d’oxygène à des niveaux normaux ou excédentaires ; en cas d’hypoxie, l’activité de la prolyl hydroxylase est supprimée et TRPA1 est exprimé à la surface des astrocytes, pas dans le cytoplasme. »
Une fois au niveau de la membrane plasmique, TRPA1 permet aux astrocytes d’accumuler des ions calcium, provoquant la sécrétion d’ATP par les cellules, modulant ainsi les neurones respiratoires. Il a été démontré que cela aide plus de souris à respirer.
Une fois que les niveaux d’oxygène se rétablissent, la prolyl hydroxylase fait de même, renvoyant TRPA1 de la membrane au cytoplasme.
« Alors que les fonctions des cellules cérébrales semblent dépendre de leur emplacement dans le cerveau, nous notons que d’autres cellules cérébrales utiliseront des mécanismes différents pour récupérer l’oxygène », conclut Nakao.
Makoto Uchiyama et al, L’internalisation des protéines dépendantes de l’O2 sous-tend la détection astrocytaire de l’hypoxie aiguë en limitant les réponses multimodales du canal TRPA1, Biologie actuelle (2020). DOI : 10.1016/j.cub.2020.06.047