Protection pathways against oxidative stress and excitatory neurotransmission

Le stress oxydant apparaît comme un facteur aggravant de toutes les maladies neurodégénératives. Il se caractérise par une accumulation incontrôlée d’espèces réactives de l’oxygène (ROS) et d’une diminution de l’activité des voies de détoxification comme la production du glutathion réduit (GSH) dans le SNC. L’action toxique des ROS est étroitement dépendante d’une dérégulation de l’homéostasie du Ca2+ intracellulaire ([Ca2+]i) qui peut entraîner la mort neuronale par apoptose et nécrose. Dans le SNC, le GSH est l’antioxydant majeur, produit principalement par les astrocytes. De plus, sa synthèse est sous la dépendance du facteur de transcription Nrf2 car celui-ci augmente l’expression d’enzymes impliquées dans la synthèse du GSH. Dans la première partie de ce travail, nous avons évalué l’effet de changements de la concentration en GSH ([GSH]i) sur l’homéostasie de [Ca2+]i dans des cellules astrogliales de la lignée C6. Les changements de [GSH]i ont été produits soit en inhibant sa production avec l’inhibiteur métabolique buthionine sulfoximine (BSO) soit en stimulant sa synthèse par activation de Nrf2 avec du sulforaphane (SFN). Des changements de [GSH]i impactent fortement les augmentations de [Ca2+]i produites par les influx calciques consécutifs à la mobilisation de Ca2+ des réserves intracellulaires après action de l’IP3 (Entrée capacitive de Ca2+ ou ECC). En effet, le traitement avec le BSO augmente fortement les ECC alors que le SFN les réduit. Ces changements impliquent non seulement des modifications fonctionnelles mais aussi génomiques des protéines STIM et Orai qui sont responsables de ECC.Dans la deuxième partie de ce travail, les changements de [GSH]i ont été mesurés au niveau de la neurotransmission excitatrice dans des tranches d’hippocampe. En effet, le GSH comporte du glutamate dans sa structure et est considéré comme un réservoir de glutamate disponible pour assurer la neurotransmission excitatrice. Après un traitement court de 4 heures avec du BSO, une diminution de la neurotransmission basale ainsi que de la plasticité synaptique à court et long terme est observée. De plus, ces changements s’accompagnent d’une diminution des récepteurs N-methyl-D-Aspartate du glutamate ; l’activation de ces récepteurs étant nécessaire à la plasticité des réseaux neuronaux hippocampiques. En conclusion, nous montrons ici que des changements non toxiques de [GSH]i conduisent à des adaptations rapides des cellules gliales et de la neurotransmission excitatrice.It is now widely accepted that oxidative stress is an aggravating factor of all neurodegenerative diseases. It results from increased accumulation of reactive oxygenated species (ROS) and deficient detoxifying systems as reduced glutathione (GSH) production in the CNS. The detrimental action of ROS cell survival is tightly linked to deregulated intracellular Ca2+ ions ([Ca2+]i) homeostasis, which, in turn lead to necrosis and apoptosis of neurons. In the CNS, GSH is the major antioxidant and produced mainly by astrocytes. In addition, its synthesis is controlled by the activation of the Nrf2 transcription factor which triggers the expression of GSH-synthetizing enzymes. In the first part of this work, we have evaluated how changes in intracellular GSH concentration ([GSH]i) could impact [Ca2+]i homeostasis in the C6 astroglial cell line. For this, changes in [GSH]i were achieved either by inhibiting its production with the metabolic inhibitor buthionine sulfoximine (BSO) or by increasing its synthesis by activating the Nrf2 pathway with sulforaphane (SFN). We observed that changes in [GSH]i drastically impact [Ca2+]i changes elicited by Ca2+ entry triggered by intracellular store depletion after IP3 action (so-called ‘Store-operated capacitive calcium entry’ or SOCE). Indeed, BSO treatment enhanced SOCE while SFN reduced it. These effects involved not only functional adaptions but also changes in the expression of the proteins STIM and Orai which are responsible of SOCE occurrence.In the second part of this work, the impact of changes in [GSH]i were evaluated on the excitatory synaptic transmission in hippocampal slices. Indeed, GSH includes glutamate in its structure and it has been recognized as a reservoir of glutamate, which is the main excitatory neurotransmitter of the vertebrate brain. We found that a short treatment of 4 hours with BSO significantly decreased basal synaptic transmission and both short- and long-term synaptic plasticity. These effects are associated with decreased activity of synaptic glutamate receptors of the N-Methyl-D-Aspartate subtype; the activity of these receptors being prerequisite for synaptic plasticity in the hippocampus. Taken together, our data show that non-toxic changes in [GSH]i induce rapid adaptations of glial activity and excitatory synaptic transmission