Les microglies cérébelleuses se réorganisent autour des neurones au cours du vieillissement, révélant des indices sur la résilience cérébrale

Le cervelet, qui abrite 70 à 80 % des neurones du cerveau et régit la coordination motrice, l'équilibre et la cognition, présente un paradoxe : il constitue l'une des régions les plus touchées sur le plan structurel lors du vieillissement normal, tout en restant remarquablement résistant à la pathologie de la maladie d'Alzheimer (MA). Malgré cela, les mécanismes moléculaires et cellulaires sous-jacents à cette résilience cérébelleuse ont été mal caractérisés. Cette étude de Stanford visait à cartographier de façon systématique les modifications transcriptionnelles et spatiales des cellules cérébelleuses — en particulier des microglies — au fil de l'espérance de vie de la souris.

L'équipe a réalisé un séquençage d'ARN sur noyaux uniques (snRNA-seq) sur 87 677 noyaux isolés des cervelets de souris mâles et femelles âgées de 3, 12, 18 et 24 mois (n = 2 femelles et 2 mâles par groupe d'âge). Le regroupement par UMAP a permis d'identifier 16 clusters distincts de types cellulaires, annotés à l'aide de marqueurs cérébelleux établis. L'analyse d'expression différentielle comparant les cohortes jeunes (3 mois) aux cohortes plus âgées (12, 18 et 24 mois) a révélé que les microglies présentaient les modifications transcriptionnelles les plus prononcées parmi tous les types cellulaires cérébelleux, notamment à 24 mois. Le regroupement temporel Mfuzz a confirmé que les clusters géniques associés à l'âge (clusters 1 et 7) étaient majoritairement d'origine microgliale.

Afin de replacer les microglies cérébelleuses dans un contexte régional plus large, les chercheurs ont réalisé un RNA-seq en vrac sur des microglies triées par FACS provenant de six régions cérébrales — cervelet, cortex, hippocampe, thalamus, hypothalamus et striatum — à 1, 3 et 22 mois (n = 6 mâles par groupe). L'analyse en composantes principales a montré que les scores de la PC1, capturant l'axe dominant de variation transcriptionnelle, étaient les plus élevés dans les microglies cérébelleuses et les plus faibles dans les microglies hippocampiques et corticales à tous les âges, indiquant une trajectoire de vieillissement transcriptionnel exceptionnellement accélérée dans le cervelet. La WGCNA a identifié quatre modules clés (M4, M9, M10, M12) : les microglies cérébelleuses présentaient les scores M4 les plus élevés (signalisation par l'interféron de type I et les cytokines) ainsi que les scores M9 (endocytose médiée par récepteur) et M10 (régulation de l'autophagie) les plus faibles, tandis que les microglies hippocampiques présentaient le schéma inverse. Notamment, la signature microgliale neuroprotectrice — liée à la réponse aux plaques amyloïdes et au variant protecteur PLCG2 P522R — était fortement exprimée dans les microglies cérébelleuses âgées, tandis que la signature microgliale à accumulation de gouttelettes lipidiques (GL), associée à un dysfonctionnement microglial et à la pathologie de la MA, était significativement plus élevée dans les microglies corticales et hippocampiques.

Pour caractériser la dimension spatiale de ces modifications, l'équipe a appliqué la transcriptomique spatiale MERFISH (multiplexed error-robust fluorescence in situ hybridization) à des coupes cérébrales sagittales de souris jeunes (3 mois) et âgées (24 mois) (n = 6 par sexe), en utilisant un panel de 500 gènes ciblant le vieillissement, la neuroinflammation et la spécificité des types cellulaires. Sur 991 315 cellules couvrant 7 régions cérébrales et 38 grandes classes cellulaires, les microglies cérébelleuses âgées ont montré une augmentation marquée de leur proximité avec les neurones granulaires dans des voisinages de 30 μm. La coloration par immunofluorescence pour IBA1 (microglies) et GABRA6 (cellules granulaires) a confirmé une augmentation significative de la densité microgliale dans la couche des cellules granulaires chez les souris âgées. En revanche, les microglies hippocampiques âgées présentaient une association accrue avec d'autres types cellulaires non neuronaux — un schéma de réorganisation spatiale fondamentalement différent.

Les microglies résidant à proximité des cellules granulaires dans les cervelets âgés exprimaient un état transcriptionnel distinct, défini par des gènes impliqués dans la signalisation synaptique (Cbln1, Adcy1), la réponse immunitaire (Cxcl2, Slamf9) et la régulation du cycle cellulaire (Cdk2). Les chercheurs ont formalisé cela comme une « signature microgliale associée aux neurones », avec l'expression moyenne Z-scorée la plus élevée observée dans les microglies cérébelleuses âgées situées à moins de 40 μm des cellules granulaires — un schéma absent dans les microglies hippocampiques. Cet état transcriptionnel dépendant de la proximité représente une adaptation microgliale spécifique à une région, propre au cervelet vieillissant, pouvant contribuer à sa résilience face à la pathologie de la MA. Les réserves incluent l'utilisation exclusive de modèles murins, de petits effectifs par groupe et l'impossibilité d'établir une directionnalité causale entre le repositionnement microglial et la neuroprotection.