Le contrôle bidirectionnel du couplage neurovasculaire par les neurones pyramidaux

Neurovascular coupling (NVC), the tight coupling between neuronal activity and cerebral blood flow, is essential for brain function and integrity. Among the cellular actors of NVC, pyramidal neurons expressing cyclooxygenase-2 (COX-2) are responsible for about half of the dilatory neurovascular response through the release of prostaglandin E2 (PGE2). We sought to determine the activity regimes of these neurons that trigger vasodilatory or vasoconstrictor neurovascular responses and to clarify their mechanisms. Using selective optogenetic stimulation in mouse cortical slices, we showed that photostimulations of these neurons trigger vasodilation at low frequency and vasoconstriction at higher frequencies. In addition, these photostimulations induce a gradual frequency-dependent intracellular calcium increase in pyramidal neurons. Single-cell RT-PCR analysis revealed that pyramidal neurons express the enzymes required for the synthesis of PGE2 and prostaglandin F2α(PGF2α). Pharmacological analyses show that vasoconstrictions are dependent on neuronal and COX-2 activities and are mediated by the activation of EP1 and EP3 receptors of PGE2 but not that of PGF2α. They also involve the activation of neuropeptide Y (NPY) Y1 receptors but do not require astrocytic vasoconstrictive messengers. Application of PGE2 induces in a dose-dependent manner both vasoconstriction and vasodilation to a lesser extent. These results indicate that pyramidal neurons and the PGE2 that they produce play a complex role in NVC.Le couplage neurovasculaire (CNV), le lien étroit entre l'activité neuronale et le flux sanguin cérébral, est essentiel au fonctionnement du cerveau. Parmi les acteurs cellulaires du CNV, les neurones pyramidaux exprimant la cyclooxygénase-2 (COX-2) sont responsables d'environ la moitié de la réponse neurovasculaire dilatatrice par la libération de prostaglandine E2 (PGE2). Nous avons cherché à déterminer les régimes d'activité de ces neurones qui déclenchent des réponses neurovasculaires vasodilatatrices ou vasoconstrictrices et d’en préciser les mécanismes. En utilisant des stimulations optogénétiques sélectives dans des tranches corticales de souris, nous avons montré qu’à faible fréquence des neurones pyramidaux déclenchent des vasodilatations et des vasoconstrictions à de plus hautes fréquences. Ces photostimulations induisent en fonction de leur fréquence une augmentation du calcium intracellulaire des neurones pyramidaux. L'analyse par RT-PCR sur cellule unique a révélé que ces neurones expriment les enzymes nécessaires à la synthèse de la PGE2 et de la prostaglandine F2α(PGF2α). L'analyse pharmacologique des réponses neurovasculaire montre que les vasoconstrictions sont dépendantes de l’activité neuronale et de la COX-2 et nécessitent l'activation des récepteurs EP1 et EP3 de la PGE2 mais pas celui de la PGF2α. Elles font intervenir le neuropeptide Y (NPY) en agissant sur son récepteur Y1 mais pas des messagers d'origine astrocytaire. La PGE2 induit de façon dose-dépendante une vasoconstriction et une vasodilatation dans une moindre mesure. Ces résultats indiquent que les neurones pyramidaux et la PGE2 qu’ils produisent jouent un rôle complexe dans le CNV