L’une des principales conséquences d’une lésion de la moelle épinière (LME) chez l’adulte est la détérioration, voire la rupture des axones, empêchant la transmission de l’information nerveuse du corps cellulaire jusqu’aux cibles et se traduisant par des déficits sensoriels et/ou moteurs. Ces axones n’ont pas la capacité de se régénérer dans le système nerveux central (SNC). Cette absence de régénération est attribuée à plusieurs facteurs : le manque de capacités intrinsèques des neurones à repousser [ 1], la présence d’une cicatrice gliale au niveau de la lésion [ 2], l’insuffisance de facteurs neurotrophiques nécessaires à la repousse des axones [ 3] et enfin la nature inhibitrice des composants de la myéline [ 4].

Il existe trois protéines majeures de la myéline : Nogo (réticulon 4), MAG (myelin-associated glycoprotein) et OMgp (oligodendrocyte myelin associated protein) (Figure 1). Ces protéines ont été très étudiées in vitro et sont, individuellement, capables d’inhiber la repousse axonale [4]. Malgré leur manque d’homologie, ces inhibiteurs partagent les mêmes récepteurs neuronaux - NgR1 (Nogo receptor 1) et PirB (paired immunoglobulin-like receptor B) - et corécepteurs (TROY, LINGO-1 et p75^NTR ou récepteur des neurotrophines), ainsi que des voies de signalisation similaires (par exemple la voie Rho). MAG se lie également au récepteur NgR2. Bien que ces mécanismes aient été largement étudiés in vitro, la contribution relative de ces protéines in vivo n’est toujours que partiellement définie.

Figure 1 Les protéines de la myéline et leurs récepteurs inhibant la repousse axonale. Le récepteur PirB (LILRB2 chez l’homme) se lie avec Nogo (réticulon 4), MAG (myelin associated glycoprotein) et OMgp (oligodendrocyte myelin glycoprotein). Le récepteur NgR1 (Nogo receptor 1) se lie avec Nogo, MAG et OMgp en formant des complexes avec LINGO1 et p75 ou TROY. NgR2 interagit uniquement avec MAG. D’autres récepteurs inconnus peuvent certainement exister. Ces protéines sont susceptibles de jouer des rôles redondants dans l’inhibition de la régénération axonale, et par conséquent enlever ces trois ligands pourrait augmenter la régénération des axones.

Figure 1 Les protéines de la myéline et leurs récepteurs inhibant la repousse axonale. Le récepteur PirB (LILRB2 chez l’homme) se lie avec Nogo (réticulon 4), MAG (myelin associated glycoprotein) et OMgp (oligodendrocyte myelin glycoprotein). Le récepteur NgR1 (Nogo receptor 1) se lie avec Nogo, MAG et OMgp en formant des complexes avec LINGO1 et p75 ou TROY. NgR2 interagit uniquement avec MAG. D’autres récepteurs inconnus peuvent certainement exister. Ces protéines sont susceptibles de jouer des rôles redondants dans l’inhibition de la régénération axonale, et par conséquent enlever ces trois ligands pourrait augmenter la régénération des axones.

L’implication de ces protéines dans la régénération axonale après une lésion de la moelle épinière a été étudiée à l’aide de différentes souris knock out (KO) pour les gènes codant pour l’une ou l’autre de ces protéines. Les résultats de ces études, bien que variables [ 5– 9], et le fait que ces protéines partagent des mécanismes moléculaires communs, ont conduit à l’hypothèse selon laquelle Nogo, MAG et OMgp jouent dans la myéline un rôle redondant sur l’inhibition de la repousse axonale [ 10]. Nous avons donc évalué, in vitro et in vivo, l’effet de l’absence simultanée de ces trois protéines sur la régénération axonale et la croissance compensatoire d’axones non lésés (bourgeonnement) [ 11] en utilisant une souris triple KO dans laquelle ni Nogo, ni MAG, ni OMgp ne sont exprimées. Ces souris triple transgéniques (TKO) ont été créées à partir d’animaux simples transgéniques caractérisés précédemment, Nogo-A, B, C KO [ 12], OMgp KO [ 13], MAG KO [ 14]. Ces animaux TKO sont viables, fertiles et ne présentent pas d’anomalies morphologiques.

Nous avons tout d’abord testé in vitro l’effet d’inhibition de la repousse axonale par la myéline. La myéline de la moelle épinière des animaux sauvages, simple mutants et triple mutants, a pour cela été purifiée, et, après vérification de l’absence des protéines Nogo, MAG et OMgp par Western blot, elle a été utilisée comme substrat pour la culture de neurones cérébelleux. En accord avec les études antérieures, nous avons montré que la myéline de type sauvage (WT) inhibe la pousse axonale des neurones. Cette inhibition est partiellement corrigée lorsque les trois variants d’épissage de la famille Nogo, Nogo-A, -B et -C sont absents. Cependant, l’absence combinée des trois protéines de la myéline n’a pas augmenté la repousse des axones au-delà de celle observée en l’absence de Nogo. En utilisant un autre type cellulaire (neurones adultes des ganglions spinaux) et un modèle plus physiologique (cryosections de la moelle épinière), nous avons ensuite confirmé ce résultat.

Afin d’étudier l’hypothèse d’un effet redondant des trois protéines inhibitrices sur la croissance axonale in vivo après lésion du SNC, nous avons examiné deux faisceaux possédant des caractéristiques distinctes : le faisceau raphé-spinal (faisceau sérotoninergique provenant du raphé), dont la capacité de régénération est importante, et le faisceau cortico-spinal (ou faisceau pyramidal, provenant du cortex cérébral), réfractaire à la régénération.

Faisceau cortico-spinal (ou faisceau pyramidal)

Nous avons ensuite réalisé une lésion latérale droite du faisceau pyramidal (pyramidotomie, Figure 2A ), au-dessus de la décussation pyramidale¹, résultant en une dénervation du côté gauche de la moelle épinière. Après injection d’un traceur (BDA, biotin-dextran amine) dans le cortex moteur, les axones en provenance du côté non lésé et croisant la ligne médiale ont été comptés. Les souris KO pour Nogo présentent une augmentation du bourgeonnement comparé aux souris sauvages (Figure 2B-C), en adéquation avec des travaux précédents [ 15]. Tandis que les souris déficientes pour OMgp ne diffèrent pas des souris sauvages, les mutants MAG montrent, étonnamment, une diminution de ce bourgeonnement. En adéquation avec ces observations, les bourgeonnements des axones du faisceau pyramidal sont comparables pour les souris TKO et sauvages, et à un niveau intermédiaire entre ceux des souris invalidées pour Nogo et MAG (Figure 2D). Cependant, ce bourgeonnement ne se traduit pas par une différence au niveau fonctionnel. En effet, les différentes lignées de souris présentent sensiblement le même profil de réponse lors du test d’utilisation préférentielle des pattes antérieures. L’utilisation d’un autre modèle de LME, l’hémisection dorsale de la moelle épinière, nous a permis de confirmer ce résultat. Ainsi, une élimination de la protéine Nogo augmente le bourgeonnement, alors que la délétion de MAG le diminue. En outre, il n’y pas d’effet synergique des trois protéines majeures de la myéline.

Figure 2 Bourgeonnement et régénération après lésion de la moelle épinière. A-D. Après pyramidotomie, les axones du faisceau pyramidal non lésé (marqués par injection du traceur BDA dans le cortex moteur) présentent des extensions au niveau contralatéral (bourgeonnement) de la moelle épinière cervicale. Les animaux déficients pour Nogo (C) montrent plus de bourgeonnements que les animaux contrôles (B), tandis que les animaux TKO (D) présentent un niveau de bourgeonnement similaire à celui des animaux sauvages. A. Image représentative d’une section coronale de la moelle épinière cervicale après pyramidotomie et injection de BDA. B-D. Images représentatives à fort grossissement correspondant au rectangle dans A, pour chacun des animaux mutants et contrôles. E-F. Après complète transection de la moelle épinière (la flèche indique le site de la lésion, et les astrocytes, marqués en vert par le GFAP, montrent les bordures de la lésion), les axones sérotoninergiques ne régénèrent pas, chez aucun mutant testé, bien que le marquage 5-HT (en rouge) des animaux TKO soit environ trois fois supérieur à celui des sauvages, au niveau rostral de la lésion. Échelle : 500μm pour A et E-F, 50μm pour B-D.

Figure 2 Bourgeonnement et régénération après lésion de la moelle épinière. A-D. Après pyramidotomie, les axones du faisceau pyramidal non lésé (marqués par injection du traceur BDA dans le cortex moteur) présentent des extensions au niveau contralatéral (bourgeonnement) de la moelle épinière cervicale. Les animaux déficients pour Nogo (C) montrent plus de bourgeonnements que les animaux contrôles (B), tandis que les animaux TKO (D) présentent un niveau de bourgeonnement similaire à celui des animaux sauvages. A. Image représentative d’une section coronale de la moelle épinière cervicale après pyramidotomie et injection de BDA. B-D. Images représentatives à fort grossissement correspondant au rectangle dans A, pour chacun des animaux mutants et contrôles. E-F. Après complète transection de la moelle épinière (la flèche indique le site de la lésion, et les astrocytes, marqués en vert par le GFAP, montrent les bordures de la lésion), les axones sérotoninergiques ne régénèrent pas, chez aucun mutant testé, bien que le marquage 5-HT (en rouge) des animaux TKO soit environ trois fois supérieur à celui des sauvages, au niveau rostral de la lésion. Échelle : 500μm pour A et E-F, 50μm pour B-D.

Nous avons ensuite examiné l’effet de l’absence de ces protéines sur la régénération d’axones lésés. Nous avons employé un modèle de transection complète de la moelle épinière et un modèle d’hémisection dorsale pour étudier respectivement le faisceau raphé-spinal et le faisceau pyramidal.

Nos travaux démontrent tout d’abord que les protéines de la myéline Nogo, MAG et OMgp ne sont pas les principaux responsables de la régénération limitée des axones après une lésion de la moelle épinière. Si l’absence de régénération des axones sérotoninergiques après une transection complète peut être liée à la présence de la cicatrice gliale au niveau de la lésion, dans le cas d’une hémisection dorsale, la partie ventrale de la moelle épinière peut servir de support pour la régénération. Par conséquent, d’autres mécanismes (dont le potentiel intrinsèque des neurones) sont certainement nécessaires à la régénération.

Par ailleurs, nos résultats confirment l’implication de ces protéines sur le bourgeonnement des axones, Nogo ayant le rôle majeur, et confortent l’idée selon laquelle cibler Nogo, MAG ou OMgp peut moduler ce bourgeonnement. Cependant, aucun bénéfice fonctionnel n’a été observé lors de l’augmentation de ce bourgeonnement. De plus, aucun effet additif sur le bourgeonnement (ni sur la régénération) n’a résulté de la délétion simultanée de Nogo, MAG et OMgp, suggérant une absence de redondance fonctionnelle de ces trois protéines.

Il convient de noter qu’une étude similaire à la nôtre a été publiée au même moment [ 16], dont les résultats étaient très différents, puisqu’une augmentation de la régénération du faisceau pyramidal et une amélioration fonctionnelle ont été observées chez des animaux KO pour Nogo (simple KO et TKO), ainsi qu’un effet additif des protéines de la myéline. Le fond génétique des animaux, la nature des différentes mutations (les modèles de KO Nogo et OMgp diffèrent), le type de lésion effectuée (seule une lésion dorsale de la moelle épinière a été utilisée dans toute l’étude), de même que la distinction stricte entre régénération et bourgeonnement peuvent avoir des impacts importants sur les résultats expérimentaux, et expliquer les différences entre les deux études.

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