Le cerveau humain consomme en permanence environ 20% de l'énergie nutritive et de l'oxygène absorbé par le corps mais il ne dispose d'aucune réserve énergétique.

Cet organe énergivore constitue le centre de contrôle de notre corps humain, il est donc indispensable que les mécanismes qui assurent le métabolisme énergétique cérébral soient strictement régulés.

Les données publiées ces dernières années montrent que des cellules gliales, les astrocytes, jouent un rôle fondamental dans ce processus en participant à des échanges de molécules (métabolites) avec les neurones, assurant un apport en énergie tout en modulant également l'activité synaptique entre neurones. 

Les astrocytes sont ainsi des partenaires essentiels pour les neurones en régulant à la fois leur fonctionnement mais aussi la plasticité cérébrale, indispensable à nos activités cognitives. Il est maintenant acquis qu'une perturbation précoce de cette coopération métabolique contribue à l'initiation ou à la progression de plusieurs maladies neurologiques, nécessitant le développement de thérapies innovantes pour préserver l'énergie du cerveau.

Dans une revue publiée dans Cell Metabolism, Gilles Bonvento (LMN/MIRCen/CEA/CNRS/Université Paris-Saclay) et Juan P. Bolãnos (IBFG/Université de Salamanque/CIBERFES), font le point sur les données les plus récentes obtenues sur ce sujet.

Dans le cerveau, les cellules excitables qui génèrent des potentiels d'action et activent les connexions synaptiques sécurisent leur besoin métabolique en utilisant préférentiellement la phosphorylation oxydative mitochondriale^a. Cette activité métabolique fragilise les neurones et il a été observé qu'un consortium cellulaire composé de neurones et d'astrocytes permet de surmonter cette vulnérabilité. Pour soutenir cette coopération cellulaire, les enzymes de la glycolyse sont stimulés dans les astrocytes dont la chaîne respiratoire mitochondriale est moins bien organisée sur le plan bioénergétique que dans les neurones.

Ces deux types cellulaires sont métaboliquement couplés pour répondre aux besoins en énergie nécessaires pour assurer la neurotransmission, mais pas uniquement. Ainsi, les astrocytes convertissent le glucose en de nombreux intermédiaires dont certains peuvent être transportés dans les neurones ou ils pourront être utilisés pour réguler directement la neurotransmission. La L-sérine est un exemple de métabolite produit uniquement par les astrocytes, et les travaux¹ de l'équipe de G. Bonvento ont permis de montrer le rôle de cet acide aminé dans la plasticité neuronale et l'existence d'une altération de la navette de L-sérine entre astrocytes et neurones au cours de la maladie d'Alzheimer.

Cette revue conclue sur l'importance de caractériser plus précisément les mécanismes régulant l'activité du consortium cellulaire cérébral métabolique in vivo. Cela permettrait d'identifier de nouveaux acteurs impliqués dans le contrôle de la balance énergétique et du fonctionnement cérébral en condition normale et pathologique, ouvrant ainsi des perspectives thérapeutiques aisément transférables vers la clinique.

a : La phosphorylation oxydative mitochondriale est la dernière phase de la respiration cellulaire aérobie qui a lieu au niveau de la membrane interne des mitochondries. La respiration cellulaire est l'ensemble des processus chimiques du métabolisme permettant la production d'énergie sous forme de molécules d'ATP à partir du glucose.