Microglial dynamics in physiological conditions : a vigilance state and neuronal activity-driven mechanism

Les microglies, cellules immunitaires résidentes du système nerveux central (SNC), étaient traditionnellement décrites comme ayant un rôle uniquement lors de blessures ou de maladies du SNC. De manière frappante, dans le cerveau sain, les microglies effectuent une surveillance active du parenchyme en étendant et en rétractant leurs prolongements ramifiés. Ce mouvement est connu sous le nom de motilité microgliale et peut être dirigé vers les synapses. La régulation de ces mouvements et le but des contacts microglie-épines dendritiques restent inconnus. Nous avons examiné l'influence de l'activité neuronale sur la motilité et la morphologie microgliale ainsi que sur les interactions microglies-épines pendant l’éveil et le sommeil. Nous avons observé que les propriétés morpho-dynamiques des microglies sont modulées par les états de vigilance. Les prolongements microgliaux sont attirés par les synapses actives, particulièrement lors de l’éveil, alors que le sommeil régule négativement la proximité des prolongements microgliaux ainsi que les contacts dépendant de l’activité qui lient les prolongements microgliaux aux épines. Le contact des épines avec les prolongements microgliaux entraîne une augmentation de l’activité des épines, principalement observée pendant le sommeil lent. Pour conclure, ces résultats montrent un contrôle complexe de la morpho-dynamique microgliale par l’activité et les états de vigilance. Appréhender les mécanismes régulant la dynamique microgliale et les interactions microglie-épines dendritiques pendant les états de vigilance permettra de mieux comprendre comment les cellules microgliales sont impliquées dans la régulation de l'homéostasie synaptique, l'apprentissage et de la mémoire, des fonctions associées au sommeil. La compréhension des interactions microglies-neurones dans des conditions physiologiques est cruciale pour élucider le fonctionnement synaptique et ses altérations lorsque la microglie est impliquée dans ses fonctions immunes, une caractéristique commune à la plupart des pathologies cérébralesMicroglia, the resident immune cells of the central nervous system (CNS), were traditionally believed to be set into action only by injury or diseases. Strikingly, in the healthy brain, microglia actively carry out parenchyma patrolling by extending and retracting their ramified processes. These movements are referred to as microglial motility and may be to some extent directed toward synapses. However, motility regulation and the purpose of microglia-spine contacts remain elusive. We thus examined the influence of neuronal activity on microglial motility, morphology and microglia-spine interactions during sleep and wakefulness. We found that microglial motility and morphology are modulated by vigilance states. Microglial processes were found to be attracted by active synapses particularly during wake, whereas sleep downregulates microglial proximity and activity-dependent contact with spines. Microglial contact resulted in increased spine activity which was mainly observed during sleep. Understanding the mechanisms regulating microglial dynamics and microglia-spine interactions across the vigilance states will provide further insights into how microglial cells may be involved in sleep- associated functions such as synaptic homeostasis, learning and memory. Grasping these cellular interactions in physiological conditions is crucial to understand synaptic functioning and alterations when microglia are engaged into their immune functions, a hallmark of most brain pathologie