Implication des cellules gliales dans la modulation de l’activité synaptique à la jonction neuromusculaire sénescente

L’affaiblissement musculaire est un processus inévitable du vieillissement qui peut sévèrement affecter la mobilité des personnes âgées, en plus d’accroître le risque de chute avec blessure. Un candidat important pouvant sous-tendre ce déclin moteur est la dégénérescence de la jonction neuromusculaire (JNM), la connexion synaptique entre le motoneurone et le muscle. Parmi les évènements survenant à la JNM sénescente, la dénervation fréquente de la terminaison axonale du motoneurone couplée à des mécanismes compensatoires altérés compromettent la fonction et l’intégrité de la JNM. En plus des altérations synaptiques, des changements ont aussi été observés dans les propriétés des cellules de Schwann périsynaptiques (CSPs), les cellules gliales de cette synapse. Ces changements gliaux peuvent être d’une grande importance puisque les CSPs sont reconnues pour jouer un rôle crucial à la JNM adulte en régulant la fonction, le maintien et la plasticité synaptique. Dès lors, nous avons émis l’hypothèse que les altérations fonctionnelles observées à la JNM sénescente sont en partie causées par des altérations dans la régulation gliale. Dans cette veine, nous avons d’abord caractérisé, à l’aide d’enregistrements électrophysiologiques, les propriétés fonctionnelles des JNMs du muscle levator auris longus provenant de souris CD1 adultes (3 mois), âgées (24 mois) et très âgées (30 mois). Nous avons observé une préservation avec l’âge des propriétés de la transmission synaptique, toutefois accompagnée de profondes altérations dans la plasticité synaptique suivant des trains de stimulation à haute fréquence de l’axone moteur. Particulièrement, nous avons montré que la plasticité synaptique à long-terme est de polarité inversée autant pour les animaux âgés que très âgés, passant d’une potentialisation à une dépression synaptique avec l’âge. Pour investiguer l’implication des CSPs dans cette altération synaptique, nous avons adapté une stratégie impliquant la méthode d’électroporation de cellule unique afin de manipuler sélectivement l’activité calcique gliale tout en réalisant simultanément des enregistrements électrophysiologiques pour les souris 3 mois et 24 mois. Cette stratégie a permis de révéler que les altérations de la plasticité à long-terme semblent être médiées de manière calcium-dépendante par les CSPs. En utilisant une approche pharmacologique spécifique, nous avons montré que ces phénomènes de plasticité synaptique à long-terme sont aussi dépendants de l’activation des récepteurs à l’adénosine, qui sont des effecteurs présynaptiques de la plasticité gliale dépendante. Mis ensemble, ces résultats suggèrent qu’une dysrégulation par les CSPs semble médier de manière purine-dépendante l’affaiblissement de la JNM sénescente. Ainsi, notre étude soulève une possible implication des CSPs dans la dégénération de la JNM sénescente et met en lumière ces cellules gliales comme une cible thérapeutique potentielle pour prévenir l’affaiblissement musculaire qui touche les personnes âgées.Age-related muscle weakness is simply unavoidable, and it can severely compromise physical autonomy for elderlies in addition to increase the risk of fall-related injuries. One element underlying this motor decline is the degeneration of the neuromuscular junction (NMJ), the synaptic connection between motor neuron and muscle. Amongst other age-related events, frequent denervation of the motor axon terminal coupled with impaired compensatory mechanisms compromise NMJ function and integrity. Beside the synaptic alterations, properties changes have also been observed for Perisynaptic Schwann cells (PSCs), glial cells at this synapse. These glial changes could play key role in the degenerative events happening at the senescent NMJ, since PSCs are well known to be crucial at the mature NMJ by regulating synaptic function, maintenance and plasticity. Therefore, we hypothesized that impaired NMJ function may arise in part from age-related glial dysfunction. Using electrophysiological recordings, we characterized NMJs functionals properties of levator auris longus muscle from adult (3 months) CD1 mice, old (24 months) and very old (30 months). We observed preserved synaptic transmission properties with aging, along with profound synaptic plasticity alterations following high-frequency nerve stimulation. Particularly, we showed long-term synaptic plasticity is reversed in terms of polarity for both old and very old animals, going from synaptic potentiation to depression with age. To investigate PSCs contribution to this synaptic alteration, we adapted a strategy implicating single-cell electroporation to manipulate selectively glial calcium activity while simultaneously realizing electrophysiological recordings for 3 months and 24 months mice. This strategy revealed long-term synaptic plasticity alterations seem to be mediated in a Ca2+-dependent manner by PSCs. Using a specific pharmacological approach, we then showed long-term synaptic plasticity events are also dependents upon adenosine receptors activation, which are presynaptic effectors of glial-dependent plasticity. Altogether, these results suggest PSCs dysregulation seems to mediate in a purine-dependent manner age-related NMJ weakness. Thus, our study raises the possible implication of PSCs in NMJ’s age-related degeneration and it brings to light glial cells as a potential therapeutic target to prevent muscle weakness for elderlies

A Novel Egr-1-Agrin Pathway and Potential Implications for Regulation of Synaptic Physiology and Homeostasis at the Neuromuscular Junction

Synaptic transmission requires intricate coordination of the components involved in processing of incoming signals, formation and stabilization of synaptic machinery, neurotransmission and in all related signaling pathways. Changes to any of these components cause synaptic imbalance and disruption of neuronal circuitry. Extensive studies at the neuromuscular junction (NMJ) have greatly aided in the current understanding of synapses and served to elucidate the underlying physiology as well as associated adaptive and homeostatic processes. The heparan sulfate proteoglycan agrin is a vital component of the NMJ, mediating synaptic formation and maintenance in both brain and muscle, but very little is known about direct control of its expression. Here, we investigated the relationship between agrin and transcription factor early growth response-1 (Egr-1), as Egr-1 regulates the expression of many genes involved in synaptic homeostasis and plasticity. Using chromatin immunoprecipitation (ChIP), cell culture with cell lines derived from brain and muscle, and animal models, we show that Egr-1 binds to the AGRN gene locus and suppresses its expression. When compared with wild type (WT), mice deficient in Egr-1 (Egr-1−/−) display a marked increase in AGRN mRNA and agrin full-length and cleavage fragment protein levels, including the 22 kDa, C-terminal fragment in brain and muscle tissue homogenate. Because agrin is a crucial component of the NMJ, we explored possible physiological implications of the Egr-1-agrin relationship. In the diaphragm, Egr-1−/− mice display increased NMJ motor endplate density, individual area and area of innervation. In addition to increased density, soleus NMJs also display an increase in fragmented and faint endplates in Egr-1−/− vs. WT mice. Moreover, the soleus NMJ electrophysiology of Egr-1−/− mice revealed increased quantal content and motor testing showed decreased movement and limb muscle strength compared with WT. This study provides evidence for the potential involvement of a novel Egr-1-agrin pathway in synaptic homeostatic and compensatory mechanisms at the NMJ. Synaptic homeostasis is greatly affected by the process of aging. These and other data suggest that changes in Egr-1 expression may directly or indirectly promote age-related pathologies