Les cellules du système nerveux central modifient leur production d’énergie en réponse à des conditions normales etpathologiques 1,2. Parmi les principales voies métaboliques, la glycolyse et la phosphorylation oxydative (OXPHOS) sont des voies clés qui régulent les fonctions des cellules immunitaires – elles subissent soit une réaction robuste et immédiate aux conditions pro-inflammatoires que contre des anti-inflammatoires,respectivement 3,4. Ainsi, les cellules immunitaires peuvent alterner entre les voies métaboliques en réponse aux signaux inflammatoires et aux étatsfonctionnels 5. Les microglies, comme leurs homologues myéloïdes, sont métaboliquement liées à leurs fonctions et s’adaptent rapidement à différentes voies métaboliques en tant que carburant métabolique alternatif, démontrant une flexibilitémétabolique 6,7. La microglie subit une reprogrammation métabolique rapide lors de l’inflammation, la glycolyse accrue servant de signature métabolique clé des étatspro-inflammatoires. Ainsi, des tests permettant d’identifier la dépendance cellulaire à un phénotype métabolique nous permettent d’étudier leurs états fonctionnels dans diverses conditions. Dans le protocole actuel, nous visons à déterminer si la microglie primaire dépend d’une glycolyse accrue lors des conditions pro-inflammatoires. Pour cela, nous réalisons régulièrement des tests d’effort de glycolyse. Bien que l’analyseur Seahorse XFe24 (analyseur de flux extracellulaire) ait été largement utilisé pour mesurer l’ECAR dans des lignées cellulaires immortalisées et des cellules transformées, la microglie primaire pose des défis techniques uniques, notamment des rendements cellulaires limités, des propriétés d’adhésion variables et une forte sensibilité aux conditions de culture, ce qui peut perturber les mesures métaboliques. De plus, il fournit une mesure en temps réel de l’ECAR, permettant une évaluation précise de la glycolyse alimentée par le lactate à plusieurs moments précis, ce qui ne peut être capturé uniquement par les tests de lactate de point final. Le profilage métabolique extracellulaire basé sur le flux a été largement adopté dans la recherche sur le métabolisme pour caractériser la bioénergétique cellulaire, ce qui rend ce protocole particulièrement adapté aux études sur les changements métaboliques des cellules lors de l’activation, de la modélisation de maladies ou des tests de médicaments. Les lecteurs peuvent déterminer leur adéquation en fonction de leur besoin de mesures glycolytiques dynamiques et à haute résolution au sein des cellules primaires.
Le glucose est métabolisé en pyruvate via la glycolyse, puis converti en lactate dans le cytoplasme ou en CO₂ et eau dans les mitochondries. La conversion du glucose en lactate entraîne la libération de protons dans l’espace extracellulaire, entraînant l’acidification du milieu. L’analyseur de flux extracellulaire quantifie cette acidification sous le nomd’ECAR 9. Lors du test de résistance à la glycolyse, les cellules sont d’abord incubées dans un milieu sans glucose ni pyruvate, et leur ECAR de base est enregistrée. La première injection délivre une quantité saturante de glucose, que les cellules métabolisent via la glycolyse pour le pyruvate, produisant de l’ATP, du NADH, de l’eau et des protons. L’augmentation de la libération de protons élève la RCE, reflétant la « glycolyse ». Ensuite, l’oligomycine est ajoutée pour inhiber la synthèse mitochondriale d’ATP, obligeant les cellules à se fier uniquement à la glycolyse. Ce changement du gradient de protons augmente encore la RCE et est mesuré comme la capacité glycolytique maximale de la cellule. Enfin, le 2DG, un analogue du glucose, est introduit. Elle inhibe de manière compétitive l’hexokinase, bloquant la glycolyse et réduisant la RCE. Cette baisse confirme que l’ECAR antérieur dépendait de la glycolyse. La différence entre la capacité glycolytique maximale et le niveau de glycolyse définit la réserve glycolytique. L’ECAR initial avant l’addition de glucose représente une acidification non glycolytique due à d’autres processus cellulaires (Figure 1).
Nous avons réalisé un test de résistance à la glycolyse à l’aide de l’analyseur de flux extracellulaire. Les valeurs ECAR brutes étaient exportées vers Excel pour analyse. Pour chaque condition, nous avons identifié les points temporels correspondant à l’ECAR basale (avant l’ajout de glucose), à la glycolyse (après l’injection de glucose) et à la capacité glycolytique (après un traitement à l’oligomycine). Les valeurs d’ECAR provenant des points temporels pertinents de chaque phase et entre les quatre réplications techniques ont été moyennées, et la glycolyse a été calculée comme l’augmentation de la CEA après l’ajout de glucose. La capacité glycolytique a été calculée par une augmentation de la RCE après l’ajout d’oligomycine. La réserve glycolytique a été calculée comme une diminution de la RCE après injection de 2DG. Ces valeurs moyennes ont ensuite été utilisées pour comparer les réponses métaboliques entre les groupes.
En revanche, pour évaluer le taux de consommation d’oxygène (OCR) et évaluer les fonctions mitochondriales, le test de stress mitochondrial (Agilent) est l’approche standard, qui mesure des paramètres tels que la respiration basale, la respiration liée à l’ATP, la fuite de protons, la respiration maximale, la capacité respiratoire de réserve et la respiration non mitochondriale. Ces mesures sont obtenues en injectant séquentiellement des inhibiteurs mitochondriaux spécifiques, l’oligomycine (inhibiteur ATP synthase), le FCCP (cyanure de carbonyle-4 (trifluoromethoxy)) phénylhydrazone), un découpleur qui favorise la respiration maximale, et la roténone/antimycine A (inhibiteurs complexes I/III), permettant une évaluation quantitative de la santé mitochondriale et de la bioénergétique 10,11,12,13. Les tests ECAR et OCR sont donc réalisés dans des conditions différentes.