Des chercheurs du CNRS révèlent les mécanismes cellulaires de la neurotoxicité du manganèse
Une équipe de chercheurs du CNRS (Laboratoire de Physique des Deux Infinis de Bordeaux, Université de Bordeaux) menée par Asuncion Carmona et Richard Ortega, a révélé la distribution intracellulaire du manganèse dans les neurones et les astrocytes, grâce à la ligne de lumière ID21 du synchrotron européen ESRF (Grenoble). Ces travaux, publiés récemment, identifient l’appareil de Golgi comme principal site de stockage du manganèse, ainsi que sa présence dans les compartiments synaptiques, et mettent en lumière le rôle protecteur des astrocytes, qui limitent son accumulation dans les neurones. Une avancée cruciale pour comprendre la neurotoxicité du Mn et développer des stratégies de détoxification ciblées. Ce projet a été financé par l’Agence Nationale de la Recherche (ANR) sous la référence ANR- 21-CE34-0011 (SuperResMetalToxSyn).
Un équilibre fragile entre essentiel et toxique
Le manganèse est un élément essentiel pour le bon fonctionnement de l’organisme. Cependant, une exposition excessive, qu’elle soit environnementale ou liée à des anomalies génétiques (comme dans certains cas de parkinsonisme pédiatrique), peut entraîner des syndromes neurodégénératifs. Pourtant, les mécanismes cellulaires sous-jacents restaient mal compris.
Résultats marquants
Pour comprendre ces mécanismes, les chercheurs ont combiné l’imagerie par fluorescence X synchrotron, sur la ligne ID21 de l’ESRF, et la microscopie cryo-fluorescente, en collaboration avec l’Institut Interdisciplinaire de Neuroscience (IINS), et le Bordeaux Imaging Center (BIC), situés sur le Neurocampus bordelais. Grâce à la résolution spatiale exceptionnelle de 150 nanomètres offerte par ID21, ils ont localisé et quantifié le manganèse à l’échelle subcellulaire, révélant que :
– L’appareil de Golgi est le site principal d’accumulation du manganèse, tant dans les neurones que dans les astrocytes. Cette accumulation pourrait perturber la maturation des protéines ou le trafic vésiculaire, expliquant ainsi les effets neurotoxiques observés.
– Les astrocytes stockent trois fois plus de Mn que les neurones et réduisent son absorption par ces derniers, ce qui suggère un rôle neuroprotecteur. Cette découverte ouvre la voie à des stratégies visant à renforcer les capacités naturelles de détoxification des astrocytes.
– Le maganèse est également détecté dans les compartiments synaptiques des neurones, ce qui pourrait perturber la communication neuronale et contribuer aux mécanismes de neurotoxicité.
Implications pour la santé et la prévention :
Ces résultats apportent des perspectives concrètes pour le traitement et la prévention
– Le ciblage de l’appareil de Golgi permettrait de développer des thérapies pour éliminer de manière sélective l’excès de manganèse.
– Le rôle protecteur des astrocytes ouvre la voie au renforcement de leurs capacités naturelles de détoxification, par des approches moléculaires ou pharmacologiques
– Le manganèse étant classé parmi les 10 contaminants environnementaux les plus préoccupantes (Agence du registre des substances toxiques et des maladies, ATSDR), ces travaux soulignent l’importance de renforcer les politiques publiques de prévention pour limiter l’exposition.
Figure 1. Imagerie et quantification du manganèse. (a) Images de fluorescence optique du noyau (bleu) et de l’appareil de Golgi (vert) dans un neurone primaire. (b) Distribution du Mn dans la même cellule, révélée par SXRF. (c) Quantification du Mn dans des cellules individuelles obtenue par SXRF : chaque point représente les valeurs quantitatives pour un neurone (vert) ou un astrocyte (magenta). En co-culture, les astrocytes accumulent davantage de manganèse que les neurones et empêchent ces derniers d’absorber le manganèse (comparaison entre neurones seuls et neurones en co-culture).
Figure 2. La nano-fluorescence X induite par rayonnement synchrotron révèle la présence de manganèse dans les compartiments synaptiques. (a, b) Images de fluorescence optique de la tubuline (magenta) et de PSD-95 (vert) dans des neurones hippocampiques primaires. (c) Distribution élémentaire du Mn et du Zn dans la même région que le panneau b. Les flèches indiquent le Mn atteignant les compartiments postsynaptiques, identifiés par le marquage PSD-95.