Oligodendrocytes et cellules de Schwann
La principale fonction des oligodendrocytes et des cellules de Schwann est la formation de la myéline. La myéline agit comme un isolant des segments axonaux et est une condition préalable à la grande vitesse de la conduction nerveuse, qui peut atteindre 200 m/seconde. L’association des cellules gliales aux axones se retrouve également chez les invertébrés. Des cellules qui engloutissent les axones, semblables aux cellules de Remak des vertébrés, sont présentes chez la plupart des invertébrés. La formation de la myéline par les oligodendrocytes et les cellules de Schwann est une invention phylogénique des vertébrés, il y a environ 400 millions d’années. Tous les vertébrés, à l’exception des poissons sans mâchoires (myxines et lamproies), possèdent des oligodendrocytes. L’apparition de la myéline dans l’évolution a favorisé le développement des vertébrés et en particulier de leur système nerveux. Même la plupart des neuroscientifiques ne mesurent pas l’importance des oligodendrocytes pour l’évolution des vertébrés. Alors qu’il semble être de notoriété publique qu’avec le développement évolutif du cerveau, le nombre de neurones augmente jusqu’à 100 milliards chez l’homme, il n’est pas si évident que ce ne soit que grâce à la myéline que tous ces neurones peuvent être interconnectés de manière complexe. Ceci peut être facilement illustré par l’exemple suivant. Pour augmenter la vitesse de la conduction nerveuse, une stratégie consiste à former de la myéline, l’autre à augmenter le diamètre de l’axone. Les axones géants des calmars ont un diamètre pouvant atteindre 1 mm et atteignent des vitesses de conduction comparables à celles des axones moteurs myélinisés. Le nerf optique humain compte environ 1 million d’axones myélinisés qui conduisent à une vitesse élevée. Une version d’axone géant de calmar avec 1 million d’axones de 1 mm de diamètre équivaudrait à un diamètre d’axone de 0,75 m. Si l’on considère que le cerveau humain est constitué jusqu’à 50% de matière blanche, il est évident que la haute connectivité du cerveau humain serait impossible sans la formation de myéline.
Morphologie des oligodendrocytes
Tous les trajets de matière blanche contiennent des oligodendrocytes pour former la myéline. Cependant, les oligodendrocytes sont également présents dans la matière grise. Si les oligodendrocytes sont très connus comme étant les cellules formant la myéline du système nerveux central, il existe également des oligodendrocytes qui ne sont pas directement reliés à la gaine de myéline. Ces oligodendrocytes satellites se trouvent de préférence dans la matière grise et ont des fonctions jusqu’à présent inconnues, qui pourraient servir à réguler l’homéostasie ionique de manière similaire aux astrocytes. Seule la rétine du rat, de la souris et de l’homme est dépourvue d’oligodendrocytes myélinisants, la rétine du lapin et du poussin étant toutes deux partiellement myélinisées. Les oligodendrocytes myélinisants possèdent plusieurs processus (jusqu’à 40) qui se connectent à un segment de myéline. Chacun de ces segments a une longueur de plusieurs centaines de micromètres et est également appelé internode. Les segments sont interrompus par des structures connues sous le nom de nœud de Ranvier qui s’étendent sur moins d’un micron. Au niveau du nœud, contrairement à la région internodale, l’axone n’est pas enveloppé de myéline. L’extrémité du segment intermodal contient plus de cytoplasme et forme ce que l’on appelle une boucle paranodale créant des jonctions en forme de septum avec l’axone. En outre, les processus astrocytaires entrent en contact avec la membrane axonale au niveau de la région nodale.
Comme les astrocytes, les oligodendrocytes sont également interconnectés par des jonctions lacunaires formées par des connexines. Il existe des protéines de connexine distinctes pour les oligodendrocytes par rapport aux astrocytes. Les mutations des protéines connexines entraînent une hypomyélinisation et des pathologies humaines telles que les leucodystrophies.
Développement des oligodendrocytes
La formation de la myéline commence chez les rongeurs vers la naissance et s’achève environ 2 mois après la naissance. Chez l’homme, elle débute au cours de la seconde moitié de la vie fœtale et commence dans la moelle épinière. Son pic d’activité se situe dans la première année postnatale tandis qu’elle se poursuit jusqu’à l’âge de 20 ans. On constate généralement que les axones plus gros forment une myéline plus épaisse. Au cours du développement, les oligodendrocytes naissent à partir de précurseurs situés dans la zone sous-ventriculaire, comme la zone sous-ventriculaire des ventricules latéraux pour le cerveau ou le quatrième ventricule pour le cervelet. Dans la moelle épinière, les oligodendrocytes proviennent des régions ventrales du tube neural et dans le nerf optique, ils migrent dans le nerf à partir du troisième ventricule. Ce sont les cellules précurseurs des oligodendrocytes qui migrent vers leur destination où elles se différencient ensuite en oligodendrocytes plus matures. La prolifération des cellules précurseurs d’oligodendrocytes est contrôlée par un certain nombre de facteurs de croissance libérés principalement par les neurones mais aussi par les astrocytes, tels que le facteur de croissance dérivé des plaquettes (PDGF) ou le facteur de croissance des fibroblastes (FGF). En outre, une horloge intrinsèque semble non seulement compter les divisions cellulaires, mais aussi détecter le temps. Ainsi, des mécanismes intrinsèques et l’environnement contrôlent la quantité adéquate d’oligodendrocytes nécessaires à la myélinisation. Les oligodendrocytes produits en excès (ce qui se produit dans des conditions normales) sont éliminés par apoptose.
Les cellules progénitrices d’oligodendrocytes, qui peuvent encore donner naissance à des astrocytes et à des oligodendrocytes, ne se trouvent pas seulement au cours du développement mais existent aussi dans le cerveau mature étant appelées cellules précurseurs d’oligodendrocytes adultes. Ils sont considérés comme une source de remyélinisation dans les maladies démyélinisantes telles que la sclérose en plaques. Il existe un certain nombre de marqueurs distincts qui permettent d’identifier ces cellules précurseurs, comme le facteur de transcription Olig-2 ou le protéoglycane NG2. Ces cellules NG2 positives ont récemment attiré une attention considérable. Bien qu’elles aient la capacité de se développer en astrocytes et en oligodendrocytes, la voie principale semble se limiter à la lignée des oligodendrocytes. Ces cellules précurseurs adultes semblent interagir avec les axones. Elles expriment des récepteurs de glutamate et détectent l’activité de l’axone, qui libère du glutamate de manière dépendante de l’activité. Cela semble être un mécanisme potentiel de la façon dont les axones pourraient contrôler la différenciation des cellules progénitrices d’oligodendrocytes.
Les cellules de Schwann
Les cellules de Schwann sont les homologues cellulaires des oligodendrocytes dans le système nerveux périphérique. De même que les oligodendrocytes, elles forment la gaine de myéline. Contrairement à l’oligodendrocyte, chaque cellule de Schwann est associée à un seul segment axonal. Si la structure de la myéline formée par les oligodendrocytes et les cellules de Schwann présente une ultrastructure similaire, elle n’est pas composée d’un ensemble identique de protéines. Alors que la myéline centrale et la myéline périphérique partagent la protéine de base de la myéline, le système nerveux périphérique est dépourvu de glycoprotéine associée à la myéline ou de protéine protéolipidique, mais exprime les protéines P0 et PMP22. Au cours du développement, les cellules de Schwann sont dérivées de cellules indifférenciées de la crête neurale en migration. Les cellules de Schwann immatures produisent des cellules de Schwann myélinisantes ou non myélinisantes. Ces dernières enveloppent vaguement plusieurs axones sans former de myéline.
Les corps cellulaires neuronaux des ganglions sensoriels sympathiques et parasympathiques sont entourés de cellules aplaties semblables à des gaines, appelées cellules satellites. Les terminaisons des axones au niveau d’une jonction neuromusculaire sont également recouvertes de cellules gliales spécialisées, à savoir la glie terminale.
Les gaines de myéline
La gaine de myéline est formée par un enveloppement de l’axone par des processus d’oligodendrocytes ou de cellules de Schwann. Le compartiment intracellulaire est très comprimé, il ne s’étend que sur 30 Angström et apparaît au microscope électronique sous la forme d’une seule ligne, appelée ligne dense majeure. La surface extérieure de la bicouche lipidique apparaît comme une ligne distincte séparée par l’espace extracellulaire. C’est ce que l’on appelle la double ligne intrapériodique. En raison de cette immense compaction, la myéline est purement hydratée et sa masse sèche contient environ 70% de lipides et 30% de protéines. Il existe un certain nombre de protéines très spécifiques qui ne se trouvent que dans la myéline et qui sont nécessaires à la formation de cette structure. Les principales protéines de la myéline du système nerveux central sont la glycoprotéine associée à la myéline (MAG), la protéine basique de la myéline (MBP), la glycoprotéine des oligodendrocytes de la myéline (MOG), la protéine protéolipidique (PLP)/DM20 et la PMP22. Ces protéines sont exclusivement produites par les cellules formant la myéline, à savoir les oligodendrocytes dans le système nerveux central ou par les cellules de Schwann dans le système nerveux périphérique, et servent donc d’excellents marqueurs des cellules myélinisantes. Au sein des couches de myéline, se trouvent des sortes de voies qui contiennent un espacement cytoplasmique appelé les incisures de Schmidt-Lantermann. Celles-ci fournissent un support trophique à la myéline.
Tous les axones des vertébrés ne sont pas myélinisés, mais en général, les axones de plus d’un micron sont myélinisés. Des études récentes montrent que les axones fournissent un signal à l’oligodendrocyte qui détermine l’épaisseur de la gaine de myéline. Un mécanisme de signalisation important fourni par l’axone est via le facteur de croissance neuregulin-1 qui se lie aux récepteurs tyrosine kinase ErbB exprimés par les oligodendrocytes. Un mécanisme de signalisation similaire existe également dans les cellules de Schwann. Cette interaction conduit à un rapport défini entre le diamètre de l’axone et le diamètre de l’axone plus la gaine de myéline, le fameux rapport g, qui se situe généralement entre 0,6 et 0,7.
On a longtemps supposé que les cellules myélinisantes fournissent un soutien métabolique aux axones. On peut supposer que les produits glycolytiques dérivés de la glie, comme le pyruvate ou le lactate, sont libérés et absorbés par l’axone. Cela peut être encore plus important pour le système nerveux périphérique puisque les métabolites du soma devraient être transportés sur des distances de plus d’un mètre chez les grands animaux.
La myéline permet une conduction nerveuse saltatoire
Le nœud de Ranvier contient une forte densité de canaux sodiques, ce qui permet ce que l’on appelle la conduction saltatoire (du mot latin » saltare » qui signifie » sauter « ), à savoir la génération de potentiels d’action uniquement au niveau du nœud. Ainsi, le potentiel d’action n’est déclenché qu’au niveau du nœud, puis se propage passivement, et donc rapidement, vers le nœud suivant où le potentiel d’action suivant est généré. Le potentiel d’action saute donc de nœud en nœud. Cette méthode est non seulement plus rapide, mais elle consomme aussi beaucoup moins d’énergie, car les ions sodium ne s’accumulent qu’au niveau du nœud et n’ont plus qu’à être ramenés dans l’espace extracellulaire grâce à l’activité de la Na+/K+-ATPase. Avant la formation de la myéline, les canaux sodiques sont répartis de manière aléatoire sur toute la longueur de l’axone. Cependant, au moment de la formation de la gliose, les canaux sodiques commencent à former des groupes lâches à cet endroit, qui deviendront plus tard le nœud de Ranvier. Par la suite, après la formation de la myéline compacte, les canaux sodium disparaissent de la membrane sous la gaine de myéline et se regroupent uniquement au niveau du nœud. Ce regroupement est favorisé par des interactions protéiques entre la membrane de la cellule myélinisante et la membrane axonale impliquant des molécules d’adhésion cellulaire comme la gliomédine, la neurofascine et la NCAM. Les canaux K+ sont moins rigoureusement concentrés dans la région nodale.
Cellules myélinisantes et maladies
La maladie la plus fréquente impliquant les oligodendrocytes est la sclérose en plaques. Elle est causée par une perte de myéline dans des zones définies du cerveau et de la moelle épinière et entraîne ainsi une altération de la conductance axonale. Une récupération peut survenir grâce à une re-myélinisation, mais des rechutes surviennent souvent, entraînant une neurodégénérescence continue. La cause principale de la perte d’oligodendrocytes est encore inconnue. Il est évident que la région démyélinisée contient des cellules inflammatoires telles que des lymphocytes et des macrophages infiltrés et des microglies activées. Ces cellules pourraient potentialiser ou même initier la cascade de dommages. D’autres troubles héréditaires de la myéline du système nerveux central sont la maladie de Pelizaeus-Merzbacher et les maladies de type Pelizaeus-Merzbacher et d’autres formes de leucodystrophies. La plupart des pathologies génétiquement déterminées sont associées à des mutations des protéines de la myéline ou des connexines, les entités moléculaires formant les jonctions gap. Comme dans le cas du système nerveux central, les mutations de la myéline des cellules de Schwann ou des protéines des jonctions lacunaires entraînent des neuropathies telles que la maladie de Charcot-Marie-Tooth. Cela rend évident que la formation de myéline périphérique est également essentielle pour la survie des vertébrés.
Adapté de : Kettenmann H. ; Verkhratsky A. (2011) Neuroglia – Living Nerve Glue, Fortschritte der Neurologie und Psychiatrie 79 : 588-597