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Jul 28, 2023

Biologie des communications volume 6, Numéro d'article : 680 (2023) Citer cet article

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Les axones des cellules ganglionnaires rétiniennes (RGC) convergent vers le disque optique pour former un nerf optique. Cependant, le mécanisme de convergence des axones RGC reste insaisissable. Dans la rétine embryonnaire, un champ électrique (FE) existe et ce FE converge vers le futur disque optique. Il a été démontré in vitro que les FE orientent les axones vers la cathode. Ici, je montre que le FE dirige les axones RGC via l'intégrine d'une manière extracellulaire dépendante du Ca2+. La croissance cathodique des axones RGC embryonnaires de poulet, qui expriment l'intégrine α6β1, a été améliorée par des anticorps monoclonaux anti-intégrine β1 de poulet. Mn2+ a supprimé ces effets EF, car Mn2+ occupe le site de régulation négatif dépendant du Ca2+ dans la sous-unité β1 pour éliminer l'inhibition du Ca2+. La présente étude propose un modèle de pilotage électrique des axones médié par les intégrines, qui implique des mouvements directionnels du Ca2+ et une stabilisation asymétrique des microtubules. Étant donné que les cellules neuroépithéliales génèrent des FE au cours de la neurogenèse, le guidage électrique des axones peut être principalement utilisé dans le développement du système nerveux central.

Au cours du développement du système nerveux central (SNC), y compris de la rétine, les premiers neurones étendent des axones qui se déplacent sur de longues distances, tels que les axones commissuraux et les nerfs optiques, bien que l'indice de guidage de ces premiers axones longs reste inconnu. La croyance dominante est actuellement que les cônes de croissance détectent des gradients de concentration de chimioattractants à longue portée. Cependant, il est peu probable que les gradients à eux seuls fournissent une indication directionnelle de haute fidélité en raison des limites physiques fondamentales de la détection de gradient1. En fait, il a été initialement proposé que la nétrine soit un chimioattractif diffusable à longue portée pour les axones commissuraux, mais des études ultérieures ont révélé qu'elle agit localement en favorisant l'adhésion des cônes de croissance dans le cerveau et la moelle épinière2, ou comme signal à courte portée au niveau du disque optique3. .

Les axones en croissance sont dirigés non seulement par des signaux chimiques mais également par des champs électriques (FE) dans un processus appelé galvanotropisme4. La première preuve expérimentale de ce phénomène a été rapportée il y a plus d’un siècle, en 19205, après l’invention de la technique de culture tissulaire6. Cependant, la pertinence physiologique du guidage électrique des axones reste controversée pour deux raisons : (1) parce que les preuves in vivo de son importance sont rares et (2) parce que les mécanismes moléculaires sont quelque peu flous.

La rétine est un modèle approprié pour étudier le développement du SNC. Dans la rétine embryonnaire du poulet, il existe un gradient de tension extracellulaire généré par le transport du sodium des cellules neuroépithéliales7,8. Ce EF converge vers le futur disque optique et est essentiel à la bonne orientation des axones RGC7. Ainsi, la possibilité a été évoquée que le FE agisse comme un indice de guidage pour les axones RGC. Cette possibilité a été examinée dans la présente étude en utilisant la rétine embryonnaire de poulet. Les mécanismes moléculaires ont également été étudiés sur la base des considérations suivantes.

Un FE provoque des mouvements directionnels des ions dans l’espace extracellulaire. Ces mouvements ioniques peuvent être un signal directionnel, car les ions déplacés par EF rencontrent différemment les molécules de la surface cellulaire sur les côtés anodal et cathodique d'un axone. Les ions en mouvement peuvent réguler de manière asymétrique la molécule de surface cellulaire qui déclenche la direction des axones. En tant que molécule candidate pour ce rôle, l'intégrine a été considérée pour les raisons suivantes : (1) les axones RGC de poulet embryonnaire expriment l'intégrine α6β19, (2) l'affinité de l'intégrine pour le ligand de la matrice extracellulaire (ECM) est régulée dynamiquement par le Ca2+ extracellulaire dans la plage de concentrations physiologiques10,11, (3) la perte d'intégrine entraîne une désorganisation des axones RGC12, (4) l'intégrine intervient dans la migration cellulaire directionnelle induite par l'EF13,14,15,16, et (5) une réduction du Ca2+ extracellulaire agit comme un indice de guidage pour la migration cellulaire médiée par les intégrines pendant la cicatrisation des plaies17. La présente étude démontre que l'EF oriente les axones RGC via l'intégrine et propose un modèle de pilotage des axones dépendant du Ca2+. Le rôle des FE dans le développement du SNC est discuté.