Astrocyte

Localisation et origine

Les astrocytes sont exclusivement présents dans le SNC. Il en existe deux types principaux : les astrocytes protoplasmiques, qui se trouvent dans la substance grise autour des neurones, et les astrocytes fibreux, qui sont situés entre les axones au niveau de la substance blanche.

L'astroglie est issue de cellules précurseurs du tube neural, comme c’est le cas pour le reste de la macroglie. Au début du développement du tube neural, certains facteurs de signalisation fournissent aux cellules précurseurs de la macroglie les informations nécessaires pour qu'elles migrent vers des zones spécifiques de l’encéphale et de la moelle spinale en formation. Les processus de signalisation, de migration et de différenciation sont similaires à ceux des neurones. Les dernières recherches suggèrent que les étapes initiales des deux processus sont communes et que dans certains cas, les mêmes cellules précurseurs en sont à l’origine.

Structure

Les astrocytes sont de grandes cellules dont les prolongements ramifiés s'étendent loin du corps cellulaire. Le noyau de la cellule est grand, rond ou ovoïde et légèrement coloré. Comme les prolongements ne sont pas visibles au microscope avec les colorants conventionnels, il faut utiliser des colorants à l'or ou à l'argent pour les observer. Le cytosquelette du corps cellulaire et des prolongements contient la protéine acide fibrillaire gliale (GFAP), une protéine de filament intermédiaire que l'on trouve presque exclusivement dans les astrocytes. La GFAP, ainsi que d'autres molécules, est utilisée comme marqueur pour détecter les astrocytes ou classer les néoplasmes dérivés des astrocytes.

Les prolongements des astrocytes sont caractérisés par une structure unique à leurs extrémités distales, appelée pied vasculaire. Ces pieds vasculaires sont dotées de protéines transmembranaires spécialisées qui permettent une interaction directe avec d'autres structures cellulaires ou extracellulaires (lames basales, membranes cellulaires gliales ou neuronales, etc.), permettant ainsi la signalisation cellulaire ainsi que l'adhésion aux parois des vaisseaux.

Les deux sous-types d'astrocytes, à savoir protoplasmique et fibreux, présentent des différences morphologiques et fonctionnelles :

• Les astrocytes protoplasmiques présentent de nombreux prolongements courts avec de multiples branches qui s'étendent dans toutes les directions, ce qui leur donne l'aspect unique d'une étoile au microscope optique. Au microscope électronique, les astrocytes protoplasmiques présentent de nombreux organites indiquant des taux métaboliques élevés et un état d'activation constant. Les astrocytes protoplasmiques sont le type d’astrocyte le plus répandu.
• Les astrocytes fibreux, comparés aux astrocytes protoplasmiques, sont dotés de prolongements moins nombreux, maisplus longs et légèrement ramifiés. Ils présentent également moins d'organites au microscope électronique.

Outre ces deux principaux types d'astrocytes, de nombreuses variations morphologiques ont été décrites, y compris des cellules spécialisées trouvées dans certaines zones de l’encéphale. Ces cellules peuvent être considérées comme faisant partie d'une famille plus large d'astrocytes en raison de leurs grandes similitudes avec les astrocytes typiques concernant leur structure, fonction et origine. Un exemple de ces cellules sont les cellules de Bergmann au niveau du cervelet.

Fonction et physiologie

Contrairement aux autres cellules gliales, les astrocytes ne remplissent pas qu'une seule fonction majeure, mais ils sont plutôt impliqués dans l’ensemble des processus physiologiques et physiopathologiques du SNC. Leurs principales fonctions sont énumérées ci-dessous :

• Participation à la formation des barrières cérébrales. Les astrocytes étendent leurs prolongements pour former une membrane qui renforce d'autres structures au niveau de l’encéphale et de la moelle spinale. La structure la plus importante qui est fortifiée par les prolongements astrocytaires est la barrière hémato-encéphalique (BHE). Pénétrant dans le parenchyme de l’encéphale et de la moelle spinale, les vaisseaux sanguins du SNC sont d’abord accompagnés par la pie-mère. À mesure que les vaisseaux progressent dans les structures plus profondes, ils se ramifient et la pie-mère qui les entoure devient de plus en plus fine jusqu’à ce qu’au niveau des capillaires, elle n’est plus présente. L’absence de la pie-mère à ce niveau rend nécessaire une barrière qui limite le passage des molécules du sang vers le tissu nerveux. Cette restriction est essentielle en raison de la forte susceptibilité des cellules nerveuses aux changements de concentrations, même les plus minimes, et à l’exposition de substances toxiques. Les astrocytes assurent la barrière hémato-encéphalique (BHE) en formant une membrane autour de la paroi vasculaire à l’aide de leurs prolongements cellulaires. Cette membrane limite le passage des molécules, filtre le sang et protège le tissu nerveux de l’exposition aux substances toxiques. Par conséquent, une coupe transversale d'un capillaire cérébral montre que la BHE est formée par l'endothélium des capillaires, les péricytes, la membrane basale ainsi que les pieds astrocytaires, également appelés pieds vasculaires ou dans ce cas pieds périvasclaires des astrocytes. Outre la BHE, il existe une autre barrière qui est constituée des pieds vasculaires des astrocytes. Celle barrière, appelée membrane limitante gliale (glia limitans), sépare la substance grise et les autres zones du SNC de la pie-mère. Son rôle consiste principalement à isoler le tissu nerveux des compartiments vasculaires et sous-arachnoïdiens. Cette glie limitante est formée par les prolongements pials des astrocytes.

• Régulation de la concentration de substances dans le tissu nerveux et nutrition des neurones. Il est bien connu que le tissu nerveux nécessite un flux constant de nutriments, en raison du taux métabolique élevé des neurones et des cellules gliales. En participant à la BHE, les astrocytes sont les premiers à entrer en contact avec les macromolécules du sang. En fonction des besoins des cellules voisines, un astrocyte fournit des métabolites et d'autres molécules à toutes les autres cellules en jouant le rôle de transmetteur. Par exemple, le cholestérol provenant du sang est d'abord absorbé par un astrocyte, puis distribué aux oligodendrocytes avoisinants à des fins de myélinisation. De plus, les astrocytes sont équipés de pompes et canaux ioniques au niveau de leur membrane afin de remplir leur rôle de maintien des concentrations d'ions nécessaires au niveau extracellulaire. Cette fonction est cruciale pour la formation d'un gradient ionique nécessaire à la propagation des potentiels d'action des neurones. Les astrocytes sont notamment responsables du maintien de la concentration requise de K+ extracellulaire. Ils transportent également les sous-produits toxiques à travers la BHE, loin du tissu nerveux, évitant ainsi des lésions neuronales.

• Soutien au développement neuronal et à la neuroplasticité. À tous les stades du développement du SNC, les astrocytes participent à l'établissement de la communication entre les neurones. Les prolongements astrocytaires, par le biais de la signalisation, guident les axones en développement vers le site de la synapse. Le même mécanisme d'action est responsable de l'implication des astroglies dans la plasticité neuronale dans le SNC adulte ainsi que dans la réparation et la reconnexion des axones en cas de lésions. Enfin, en plus de participer à la formation de la synapse, l'astrocyte participe au fonctionnement de la synapse par le recyclage et l’absorption des neurotransmetteurs, par le contrôle du métabolisme des cellules pré- et post-synaptiques et par l’augmentation ou la diminution de l’action de la synapse à l'aide de facteurs de signalisation.

• Régulation de la vasoconstriction et de la vasodilatation. Un astrocyte peut mesurer le taux métabolique des cellules nerveuses adjacentes et signaler ensuite aux vaisseaux sanguins (à l’aide de facteurs endothéliaux, de changements dans les concentrations de Ca2+ et d'autres molécules appelées gliotransmetteurs) afin de provoquer une vasodilatation ou une vasoconstriction. Ainsi, le flux sanguin dans les différentes zones de l’encéphale est régulé en fonction du taux d’activité à un moment donné, ce qui permet d'obtenir une efficacité maximale. Ce phénomène part d'une seule cellule, mais s'amplifie grâce à des jonctions spécialisées entre les astrocytes qui leur permettent de s'activer collectivement au même moment et d'envoyer des signaux synchronisés aux cellules voisines. Cette activation synchronisée est une forme de syncytium fonctionnel et n'est pas seulement importante pour la régulation du flux sanguin dans le SNC, mais elle accélère toutes les autres fonctions des astrocytes déjà mentionnées.

• Activation des synapses et communication neuronale. Des recherches récentes ont révélé que les astrocytes communiquent activement avec les neurones et qu’is libèrent des molécules de signalisation, connues sous le nom de gliotransmetteurs, pour moduler les interactions entre les neurones eux-mêmes et entre les neurones et les cellules gliales. L'étendue de l'influence astrogliale sur l'organisation du tissu nerveux et la fonction neuronale est encore en cours d'exploration. Par exemple, la complexité des astrocytes est étonnante : il est estimé que les prolongements d'un seul astrocyte interagissent avec des millions de synapses.

• Réponse aux dommages. Lorsqu'ils sont stimulés, les astrocytes se transforment en leur forme plus active appelée astrocytes réactifs. Cette forme est à l'origine des réponses inflammatoires, augmente la perméabilité de la BHE et déclenche l’activation des facteurs neurotoxiques qui détruisent les neurones endommagés. Les astrocytes jouent donc un rôle majeur dans la réaction du tissu nerveux en cas de traumatisme ou de toxicité. Ainsi, les astrocytes forment, par exemple, des cicatrices astrocytaires en cas de traumatisme de la moelle spinale ou de l’encéphale. En particulier en cas de lésions ischémiques aiguës, les astrocytes se présentent gonflés, avec un noyau aplati et positionné en périphérie. Ces cellules sont appelées gémistocytes. Les astrocytes interagissent également avec la microglie et présentent des schémas d'activation similaires en cas d'invasion de pathogènes dans le SNC. Ils sont les médiateurs des réponses et organisent la réparation du tissu nerveux après que la menace a été neutralisée.

Pour en savoir plus sur les astrocytes et les autres cellules du cortex cérébral, consultez l'unité d'étude suivante :