Dans le système nerveux central, les oligodendrocytes forment les gaines de myéline entourant les axones de certains neurones. La structure multilamellaire compacte de ces gaines ainsi que leurs propriétés biochimiques permettent d’accélérer la conduction des potentiels d’action [1]. La myéline joue également un rôle dans le transport des métabolites du soma de l’oligodendrocyte vers l’axone, et contribue ainsi à la survie des neurones [1]. Enfin, les modifications de la gaine de myéline participent aux processus impliquant une plasticité cérébrale, notamment dans les apprentissages et les comportements sociaux [2] (→).

(→) Voir m/s n° 5, 2021, page 535

La formation de la myéline par les oligodendrocytes nécessite un remodelage de leur cytosquelette d’actine [3, 4]. En effet, l’extension des prolongements des oligodendrocytes pour entrer en contact avec l’axone est initialement favorisée par la polymérisation de l’actine. En revanche, l’enroulement de ces prolongements autour de l’axone est facilité par le désassemblage des filaments d’actine [3, 4]. Les mécanismes moléculaires à l’origine de cette transition vers la dépolymérisation de l’actine sont mal connus.

Nous avons donc cherché à identifier les acteurs de cette transition, et notre attention s’est portée sur la protéine PAK1, qui fait partie des PAK (P21-activated kinases) du groupe I [5]. Ces protéines sont impliquées, entre autres, dans la dynamique du cytosquelette d’actine grâce à leur activité kinase. Lorsqu’elles sont activées et phosphorylées, les PAK favorisent le maintien de l’actine dans un état principalement polymérisé et stable, tandis que lorsque elles sont inhibées et non phosphorylées, elles favorisent au contraire le désassemblage de l’actine filamenteuse [6, 7]. Parmi les PAK du groupe I, PAK1 est la plus abondante dans les oligodendrocytes [8, 9].

Nous avons montré in vitro que la protéine PAK1 est principalement présente dans le soma des oligodendrocytes, mais qu’elle est également présente dans leurs prolongements et dans les membranes de myéline. Nous avons également confirmé in vivo, chez la souris, qu’elle est présente dans les oligodendrocytes, mais nous n’avons pas détecté sa présence dans les cellules précurseurs des oligodendrocytes par immunomarquage [5]. Cependant, une autre équipe de recherche l’a détectée dans ces cellules, et a montré que l’activité de PAK1 diminuait au cours de leur différenciation oligodendrocytaire. La même équipe a par ailleurs montré que l’activation de PAK1 dans les cellules précurseurs des oligodendrocytes est nécessaire à leur maintien et à leur prolifération, aussi bien dans des conditions physiologiques que pathologiques [10].

Afin de tester l’implication de PAK1 dans le contrôle de la myélinisation, nous avons produit des souris porteuses d’une délétion conditionnelle du gène Pak1 dans les oligodendrocytes. Chez ces souris jeunes adultes, nous avons constaté, par microscopie électronique, une augmentation de l’épaisseur des gaines de myéline, sans modification du diamètre axonal, ni de la densité des axones myélinisés, ce qui était évocateur de l’implication de PAK1 dans le processus de myélinisation [5].

L’analyse de l’activité kinase de PAK1 au cours de la maturation des oligodendrocytes en culture, en suivant la cinétique de l’expression et de la phosphorylation de PAK1 pendant six jours par la technique du western blot, a révélé que parallèlement à la maturation de l’oligodendrocyte et à la formation de la myéline, l’activité kinase de PAK1 diminue, alors même que la quantité de la protéine augmente. L’expression forcée d’une forme constitutivement active de PAK1 dans les oligodendrocytes en culture en utilisant un vecteur lentiviral inductible par la doxycycline nous a permis d’étudier les effets de la levée de l’inhibition endogène de PAK1 sur le cytosquelette d’actine et sur la myélinisation. Après avoir confirmé que la présence du mutant constitutivement actif maintenait l’actine dans un état préférentiellement polymérisé, nous avons montré, grâce à un marquage de la protéine basique de la myéline (myelin basic protein, MBP) par immunocytochimie, que ce mutant restreignait la capacité des oligodendrocytes à étendre les membranes de myéline. Pour explorer au contraire l’effet du renforcement de l’inhibition endogène de PAK1 sur la dynamique de l’actine et la myélinisation, nous avons utilisé soit un vecteur lentiviral inductible exprimant une forme constitutivement inactive de PAK1, soit un inhibiteur allostérique de PAK1 [11]. Nous avons constaté que le traitement des oligodendrocytes en culture par cet inhibiteur allostérique favorisait le désassemblage du cytosquelette d’actine ainsi que l’expansion des membranes de myéline. Un traitement de tranches de cervelet de souris en culture organotypique avec cet inhibiteur de PAK1 a permis de confirmer l’augmentation de la capacité des oligodendrocytes à former des gaines de myéline autour des axones dans ces conditions [5]. Ces résultats indiquent que l’inhibition endogène de PAK1 durant la maturation des oligodendrocytes joue un rôle essentiel dans le désassemblage de leur cytosquelette d’actine, et par conséquent dans la formation de la myéline.

Nous avons ensuite cherché à identifier le principal inhibiteur endogène de PAK1 impliqué dans la formation de la membrane myélinique. Une analyse protéomique des oligodendrocytes a permis de sélectionner le suppresseur de tumeur NF2/Merlin, déjà connu pour son action inhibitrice de la kinase PAK1, qui a des propriétés pro-oncogéniques [11, 12]. Nous avons montré la présence de NF2/ Merlin dans le soma, les prolongements, ainsi que les membranes de myéline des oligodendrocytes en culture, et l’interaction entre PAK1 et NF2/Merlin a été validée par la coimmunoprécipitation de ces deux protéines. Pour vérifier que NF2/Merlin agit comme un inhibiteur de PAK1 dans ces cellules, nous avons traité les oligodendrocytes en culture avec des ARN interférents ciblant NF2/ Merlin afin d’en réduire la synthèse, ce qui n’a pas modifié la quantité totale de PAK1, mais a augmenté sa phosphorylation, signe de son activation. Ce traitement a par ailleurs entraîné une diminution du désassemblage du cytosquelette d’actine et une restriction de l’expansion des membranes de myéline. La réintroduction de l’inhibition de PAK1 en utilisant son inhibiteur allostérique a permis de restaurer la capacité des oligodendrocytes à étendre leurs membranes myéliniques [5].

L’ensemble de ces résultats est en faveur du scénario suivant : durant le processus de myélinisation par les oligodendrocytes, NF2/Merlin exerce un effet inhibiteur sur la kinase PAK1 favorisant le désassemblage du cytosquelette d’actine et une expansion de la membrane myélinique (Figure 1). Des recherches complémentaires seront nécessaires pour valider ce mécanisme in vivo. Ces données pourraient également conduire à l’identification de nouvelles approches thérapeutiques pour les maladies neurodégénératives et les troubles du neurodéveloppement dans lesquels la myéline est altérée.

Figure 1. Rôle de PAK1 et NF2/Merlin dans la dynamique de l’actine impliquée dans la formation des membranes myéliniques des oligodendrocytes. A. La différenciation oligodendrocytaire, à partir des cellules précurseurs jusqu’aux oligodendrocytes matures, s’accompagne de changements progressifs dans la dynamique des filaments d’actine : la polymérisation de l’actine est prépondérante aux stades précoces de la différenciation, tandis que la dépolymérisation devient dominante lors de la maturation. Cette transition est corrélée à une diminution progressive de la quantité de PAK1 dans un état phosphorylé actif (P-PAK1). B. Le couple NF2/Merlin–PAK1, en modulant la dynamique du cytosquelette d’actine, est un acteur majeur de la maturation des oligodendrocytes. L’inhibition pharmacologique de PAK1 (NVS-PAK1-1), ou l’utilisation d’une forme inactive de cette kinase, favorise la maturation des oligodendrocytes en induisant la dépolymérisation de l’actine (B1). Au contraire, l’expression d’une forme constitutivement active de PAK1, ou la diminution de l’expression de son inhibiteur endogène NF2/Merlin en utilisant la technique des petits ARN interférents (siRNA), empêche la maturation des oligodendrocytes en réduisant leur expansion membranaire (B2).

Liens d’intérêt

Les auteurs déclarent n’avoir aucun lien d’intérêt concernant les données publiées dans cet article.

Références

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Liste des figures

Figure 1. Rôle de PAK1 et NF2/Merlin dans la dynamique de l’actine impliquée dans la formation des membranes myéliniques des oligodendrocytes. A. La différenciation oligodendrocytaire, à partir des cellules précurseurs jusqu’aux oligodendrocytes matures, s’accompagne de changements progressifs dans la dynamique des filaments d’actine : la polymérisation de l’actine est prépondérante aux stades précoces de la différenciation, tandis que la dépolymérisation devient dominante lors de la maturation. Cette transition est corrélée à une diminution progressive de la quantité de PAK1 dans un état phosphorylé actif (P-PAK1). B. Le couple NF2/Merlin–PAK1, en modulant la dynamique du cytosquelette d’actine, est un acteur majeur de la maturation des oligodendrocytes. L’inhibition pharmacologique de PAK1 (NVS-PAK1-1), ou l’utilisation d’une forme inactive de cette kinase, favorise la maturation des oligodendrocytes en induisant la dépolymérisation de l’actine (B1). Au contraire, l’expression d’une forme constitutivement active de PAK1, ou la diminution de l’expression de son inhibiteur endogène NF2/Merlin en utilisant la technique des petits ARN interférents (siRNA), empêche la maturation des oligodendrocytes en réduisant leur expansion membranaire (B2).

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