Le recâblage du métabolisme du glucose et des lipides induit par le silence du récepteur 17 couplé aux protéines G permet la transition des progéniteurs oligodendrocytes vers les cellules myélinisantes

4. Discussion

Ces dernières années, plusieurs études ont mis en évidence la pertinence de GPR17 dans la différenciation OL, validant ce récepteur non seulement comme marqueur d'une fenêtre temporelle de maturation précise (c'est-à-dire l'O4plusstade intermédiaire pré-OL), mais démontrant qu'il agit également comme unrégulateur clé de la différenciation OPC[12,19]. Notamment, lors de la différenciation physiologique,après les étapes intermédiaires de l'OPC, GPR17 doit être réduit au silence pour permettre la maturation terminale des cellules, un événement qui se produit probablement à la fois par la régulation négative/internalisation des complexes récepteurs membranaires et la répression nucléaire de la transcription du gène gpr17 [37,40]. Le silençage défectueux du GPR17, c'est-à-dire toute condition conduisant à une expression aberrante persistante du GPR17 (telles que celles observées dans plusieurs conditions neurodégénératives associées à la démyélinisation), bloque les cellules à des stades immatures et contribue aux défauts de remyélinisation [15,41]. Cela a conduit à l'hypothèse que le silençage opportun du GPR17 agit comme un « signal vert » pour favoriser une myélinisation efficace en favorisant les processus métaboliques et biochimiques nécessaires à la maturation cellulaire.13]. Cependant, la nature et la séquelle précise des événements activés par le silence GPR17 sont encore inconnues. Ici, nous avons comblé cette lacune en effectuant d'abord une analyse transcriptomique complète sur les OPC dans des conditions normales et après avoir imité la régulation négative du GPR17 par la technologie des siARN, suivie d'une analyse de l'ensemble de données des gènes exprimés de manière différentielle par des approches basées sur les voies et les ontologies. Cette analyse initiale a suggéré des altérations de diverses manières et processus biologiques connus pour leur importance dans la maturation des OL, y compris les voies de signalisation mTOR et Wnt, le remodelage du cytosquelette et la régulation du métabolisme énergétique et OPC.

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L'analyse métabolomique ciblée pendant la différenciation de l'OPC et après l'extinction du GPR17 nous a permis de mieux comprendre le lien possible entre l'expression du GPR17 et le métabolisme de l'OPC. Dans les premiers OPC, lorsque l'expression de GPR17 est encore physiologiquement faible, les cellules présentaient des niveaux élevés de métabolites appartenant au cycle de Krebs, qui étaient beaucoup moins abondants par la suite, indiquant leur consommation pour produire d'autres métabolites clés. Ceci est conforme aux données de la littérature montrant que les OPC sont plus actifs sur le plan métabolique que les OL et que la production d'ATP dans les OPC de rongeurs dépend principalement de la phosphorylation oxydative.7]. Aux stades intermédiaires (du DID 1 au DID 3), les pré-OL ont montré une régulation positive marquée des molécules impliquées dans la synthèse des acides gras et du cholestérol, comme l'acétyl-CoA (qui représente le précurseur du cholestérol et des acides gras) et le malonyl-CoA (un intermédiaire spécifique de la synthèse des acides gras). Ces changements coïncidaient parfaitement avec le moment de l'expression de GPR17 dans les OPC, qui est très faible au jour 0, lorsque les OPC sont amenés à quitter le cycle cellulaire et à commencer la différenciation, et atteint progressivement son expression maximale à DID 3, lorsque pré -OLs ont déjà régulé négativement les métabolites impliqués dans le cycle cellulaire et régulent positivement les molécules liées à la synthèse des acides gras. Globalement, ces données indiquent que lorsque GPR17 atteint son expression maximale, les pré-OL utilisent principalement le glucose et les acides aminés pour soutenir la biosynthèse du cholestérol et des acides gras. Il est à noter qu'il est connu que, malgré la glycolyse aérobie générant de l'ATP avec moins d'efficacité que la phosphorylation oxydative, elle produit les précurseurs de la chaîne carbonée nécessaires pour soutenir la biosynthèse des protéines et des lipides pour la production de myéline.42], limite la production de ROS, et favorise la production de lipides à longue durée de vie nécessaires à la myéline OL [7]. Nous avons également observé une diminution des niveaux d'AMP et d'ADP du jour 0 au DID 5 et une augmentation transitoire de l'ATP entre le DID 1 et le 3. Ces données sont entièrement compatibles avec l'expression de GPR17 et son rôle consolidé dans la régulation (de concert avec d'autres RCPG) la production intracellulaire d'AMP cyclique (cAMP) à partir d'ATP lors de la différenciation des OL [13,43,44]. Lorsque l'expression de GPR17 commence à augmenter (DID 1 à 3), les ligands endogènes favorisent une augmentation progressive de l'activité de la protéine Gi couplée au récepteur, qui, à son tour, réduit la production d'AMPc [12], entraînant ainsi une augmentation des niveaux intracellulaires d'ATP (agissant ici comme substrat de l'adénylyl cyclase pour la synthèse de l'AMPc), en même temps que l'augmentation des niveaux de métabolites de la biosynthèse des lipides (acétyl-CoA et malonylCoA). Ces données sont également conformes au concept selon lequel le métabolisme anabolique (comme la synthèse des lipides) se produit généralement dans un état énergétique favorable.

Après l'extinction du GPR17, les résultats de notre analyse métabolomique suggèrent un recâblage étendu du métabolisme de l'OPC. Nous avons observé des changements dans l'abondance des intermédiaires du cycle de Krebs, tels que le fumarate, le malate et le citrate (le substrat de départ pour la synthèse des lipides et du cholestérol) et d'autres métabolites décrits dans la littérature pour leur rôle critique dans la survie et la différenciation des OL. , ainsi que dans la synthèse de la myéline, comme la créatine, la taurine et le lactate [39,45,46]. Bien que ces altérations soient toutes potentiellement intéressantes, nous avons décidé de focaliser nos analyses sur le rôle du lactate, en nous basant sur les précédentsdes données l'impliquant dans le métabolisme cellulaire, la différenciation et la myélinisation des OL [4,47], ainsi que dans la communication avec les neurones voisins et la glie [48]. L'analyse de l'abondance de lactate intracellulaire au cours de la différenciation physiologique de l'OPC a montré une cinétique suivant celle du GPR17 (niveaux élevés aux stades intermédiaires, niveaux faibles au cours des stades initial et final), alors qu'après le silence du GPR17, les niveaux de lactate ont diminué prématurément, atteignant un minimum aux stades intermédiaires. La relation entre l'expression de GPR17 et l'abondance de lactate a déjà été observée dans des études récentes, où une augmentation de la glycolyse et de la production de lactate, secondaire à l'altération de l'axe cAMP-PKA-PDK1, a été trouvée dans les OL dérivant d'animaux knock-out GPR17. [49]. D'après cela, notre analyse de puces à ADN sur les OPC silencieux GPR17-a démontré la régulation à la hausse des gènes associés à la glycolyse et à la production de lactate (PFK, PDK1, LDH) ; cependant, d'un autre côté, nos données métaboliques ont montré une réduction des niveaux intracellulaires de lactate. Pour éclairer ces résultats apparemment contrastés, nous avons évalué la libération de ce métabolite dans les milieux de culture. Des niveaux accrus de lactate ont été trouvés en même temps que des concentrations réduites de lactate dans le cytoplasme des cellules, suggérant la libération de ce métabolite de manière extracellulaire, et que le GPR17 dans les OL pourrait jouer un rôle important dans le transport des métabolites énergétiques vers les cellules neuronales. Cette hypothèse est corroborée par une découverte récente montrant que, chez les souris knock-out GPR17, l'augmentation des niveaux de lactate dans l'environnement des neurones hypothalamiques peut moduler l'activité neuronale par l'activation des voies AKT et STAT3.49]. Sur la base de ces preuves, nous supposons qu'un mécanisme similaire pourrait s'appliquer à la taurine et à la créatine, qui sont connues pour réguler positivement le processus de myélinisation.45,46], et dont les niveaux intracellulaires sont en effet réduits dans les OPC silencieux GPR17-. Il est à noter qu'il a été montré que les neurones n'expriment pas les enzymes responsables de la synthèse de ces métabolites, suggérant qu'ils ne peuvent dériver que des cellules gliales voisines.50,51]. 

La capacité des OL à importer du lactate ou à le libérer de manière extracellulaire est médiée par le transporteur de monocarboxylate 1 (MCT1), responsable du transport passif du lactate et de l'hydrogène vers le cytoplasme ou l'environnement extracellulaire en réponse à ses concentrations dans les deux compartiments.47,52]. Malgré des observations in vivo indiquant que le manque de MCT1 chez les OL et leurs progéniteurs au début de la période postnatale et au début de l'âge adulte n'affecte pas la myélinisation, peut-être en raison de la disponibilité d'autres intermédiaires énergétiques tels que le glucose, à l'âge adulte, perte de MCT1 conduit à une axonopathie et une hypo-myélinisation, démontrant le rôle essentiel que jouent les acides monocarboxyliques dans l'homéostasie énergétique des OL [53]. Dans notre étude, l'augmentation du lactate extracellulaire observée après le silençage de GPR17 était associée à une maturation accélérée, ce qui soulève la possibilité que le lactate libéré par les OL matures puisse être absorbé par les OL immatures pour améliorer leur maturation de manière autocrine. Pour évaluer cette hypothèse, nous avons bloqué la libération de lactate en exposant les OPC silencieux GPR17-à un inhibiteur sélectif de MCT1. La réduction de l'efflux de lactate a en effet entraîné une diminution de la maturation de l'OPC, ce qui suggère que la régulation à la baisse de GPR17 pourrait favoriser la libération de lactate de manière extracellulaire, propageant ainsi le processus de maturation aux cellules voisines. En conséquence, des études récentes ont montré que le lactate peut directement favoriser le taux de cycle cellulaire et la différenciation des OPC [39]. 

Les changements d'expression observés après l'extinction de GPR17 suggèrent également un lien potentiel entre l'expression de GPR17 et l'activation des voies de synthèse des lipides et du cholestérol. Parmi les changements les plus pertinents, nous avons trouvé une expression accrue de LXR et ses gènes cibles, SREBP1c, ABCG1 et ABCA1. La capacité de LXR pour favoriser la différenciation cellulaire dans les OL a été démontré in vivo suite à une démyélinisation induite par la lysolécithine : LXR l'activation par les agonistes naturels (c'est-à-dire les oxystérols) et synthétiques a favorisé la remyélinisation des zones affectées par les lésions démyélinisantes [54]. Les oxystérols sont également des molécules pro-inflammatoires capables d'activer plusieurs récepteurs couplés aux protéines G, dont le GPR17 [55], dont la capacité à répondre aux signaux d'urgence liés au stress oxydatif, à la neuro-inflammation et à la neurodégénérescence est largement connue. Les changements d'expression des facteurs de transcription décrits ci-dessus sont également nécessaires à la réorganisation du métabolisme lipidique qui se produit lors de la maturation des OL [56], permettant à ces cellules d'augmenter la synthèse declasses spécifiques de lipides et modifient progressivement la composition de leur membrane plasmique [2]. Cette évolution caractérise le passage des OPC aux OL matures ; par exemple, il a été montré que certains glycosphingolipides spécifiques de la myéline commencent à être produits à proximité de la différenciation terminale et sont maintenus dans les OL myélinisantes matures [57]. Nos données lipidomiques suggèrent que l'expression de GPR17 peut influencer directement l'abondance de lipides spécifiques de la myéline, tels que les céramides et les sphingomyélines. Il a été démontré que le bon équilibre entre la synthèse et la dégradation des sphingolipides joue un rôle essentiel dans le maintien de l'intégrité de la myéline [58,59]. De plus, nous avons détecté que l'inactivation de GPR17 au DID 5 entraînait une diminution des niveaux de plusieurs diacyl-PC et diacyl-Pes, qui sont les principales espèces représentées dans la membrane de myéline, comme indiqué dans la littérature.60–62]. La découverte que ces lipides peuvent jouer un rôle dans la stabilisation de la ligne d'intro période de la myéline [61] soutient en outre le rôle clé du GPR17 en tant qu'acteur clé dans la détermination de la composition et de la fonction de la myéline. Malgré une diminution des niveaux de diacyl-PC et de diacyl-PE, nous avons également constaté une augmentation des niveaux de plusieurs plasmalogènes (c'est-à-dire acyl-alkyl-PC) lors de l'épuisement du GPR17 à DID5. Ces plasmalogènes dérivés de PC ont été proposés comme agents protecteurs de la myéline car ils empêchent la peroxydation des lipides membranaires par les espèces réactives de l'oxygène.63,64]. Les effets protecteurs des plasmalogènes ont été attribués à l'atome d'hydrogène adjacent à la liaison éther vinylique. En effet, cet atome d'hydrogène peut être plus sensible à l'oxydation par rapport à la liaison ester présente dans les diacyl-PC et les diacyl-PE [63,64]. De plus, les plasmalogènes de la myéline participent à la formation et/ou au maintien des membranes [65,66]. Sur la base de nos résultats, nous déduisons que GPR17 est également important dans la régulation de l'équilibre entre le diacyl-PC et le diacyl-PE et leurs plasmalogènes respectifs pour assurer la structure et la fonction optimales de la myéline. Cependant, il faut considérer que les plasmalogènes pourraient être augmentés sans GPR17 en tant que mécanisme protecteur compte tenu de leur rôle antioxydant. Une altération des lipides de la myéline a également été décrite chez des rats diabétiques [62], sous-tendant un lien entre le métabolisme du glucose et la myélinisation. Il a été rapporté que les maladies caractérisées par une dérégulation du métabolisme des lipides ou du glucose (c'est-à-dire les dyslipidémies et le diabète) sont liées à un risque plus élevé de SEP [67,68], même si les mécanismes pathogéniques exacts liant ces dysfonctionnements métaboliques à la SEP sont encore largement débattus. De plus, l'analyse par spectrométrie de masse a révélé une abondance accrue de phospholipides et une réduction de la teneur en sphingolipides dans la substance blanche d'apparence normale (NAWM) des sujets atteints de SEP active [69], suggérant que des altérations métaboliques spécifiques peuvent apparaître avant l'apparition des lésions démyélinisantes. Il convient de noter que dans une étude précédente, nous avons montré que le NAWM des patients atteints de SEP présente la plus grande abondance de cellules exprimant le GPR17-par rapport aux lésions de SEP et à la MW des sujets sains [20].

Notre étude est la première à montrer l'implication de la régulation négative de GPR17 dans le recâblage du métabolisme de l'OPC au cours de la différenciation, mais certaines limitations/mises en garde doivent être prises en compte. Premièrement, dans cette étude, nous avons utilisé des cultures primaires qui, par rapport aux lignées cellulaires, présentent à la fois des avantages et des inconvénients. Bien que les OL primaires soient plus susceptibles d'atteindre le stade de myélinisation, les données obtenues à l'aide de ces cellules peuvent avoir une variabilité plus élevée, en raison du fait que les OPC ne sont pas synchronisés et qu'ils suivent donc une cinétique de maturation légèrement différente in vitro entre des expériences indépendantes. Cependant, pour résoudre ce problème, nous avons appliqué une méthode d'analyse qui identifie les échantillons déviant dans leur profil métabolomique des autres échantillons du même groupe, permettant la réaffectation au groupe approprié. Deuxièmement, nous avons utilisé une approche métabolomique ciblée qui nous a permis de recueillir plusieurs niveaux de métabolites et des changements dans les voies métaboliques représentatives. En tant que telle, une analyse métabolomique complète non ciblée (sans définition a priori des métabolites à détecter) peut fournir des informations supplémentaires sur d'autres métabolites non pris en compte dans notre métabolomique ciblée, générant ainsi de nouvelles hypothèses de travail dans le domaine. Troisièmement, bien que notre étude représente une avancée significative dans la compréhension du rôle de GPR17 dans la maturation des OPC, des travaux supplémentaires restent nécessaires pour évaluer la pertinence des changements métaboliques induits par sa régulation négative dans des conditions pathologiques. Dans ce contexte, de futures études viseront à évaluer si la modulation GPR17 peut être exploitée pour améliorer le métabolisme de l'OL lors de la dynamique de démyélinisation/remyélinisation dans des modèles animaux de SEP.et si la dérégulation du GPR17 peut être corrélée à des altérations métaboliques spécifiques dans les lésions de SEP humaines et dans le NAWM.

Pris ensemble, nos résultats suggèrent que le récepteur GPR17 peut agir comme un point de contrôle nécessaire pourinhiber la myélinisation précoce et maintenir la réactivité des cellulesaux signaux extracellulaires etmettre en évidence l'implication de la régulation négative du GPR17dans lecoordination de l'énergieetréarrangements du métabolisme des lipidesnécessaires à la maturation de l'OPC, fournissant des indications essentielles sur lamétabolites bioactifsetlipides réguléspar le récepteur. Sur la base de nos données antérieures sur les altérations de l'expression de GPR17 dans la pathogenèse de la SEP et l'échec de la remyélinisation, nous suggérons que ces informations fonctionnelles et mécanistes may inspirer de nouvelles approches pharmacologiques et thérapeutiquespour leguérison des maladies neurodégénératives. 

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