Une nouvelle étude de Yale a révélé que les neurones – les cellules gourmandes qui se connectent et dirigent l'activité dans le cerveau – sont équipées de « batteries de secours » qui se lancent pour maintenir le cerveau en marche pendant les périodes de stress métabolique.
Écrire Actes de l'Académie nationale des sciencesles chercheurs décrivent comment les neurones stockent leur propre glycogène, une forme de sucre qui aide les neurones à rester résilients lorsque leurs principales sources d'énergie vacillent.
Les résultats illustrent comment les cellules des neurones peuvent adapter leur métabolisme, disent les chercheurs, et pourraient façonner de nouveaux traitements pour des conditions neurologiques telles que les accidents vasculaires cérébraux, la neurodégénérescence et l'épilepsie, tous les troubles dans lesquels l'insuffisance énergétique joue un rôle.
« Traditionnellement, il a été cru que les cellules gliales servaient de » entrepôts énergétiques « , stockant le glycogène et fournissant des neurones en carburant au besoin », a déclaré l'auteur codirige Milind Singh, un doctorant en biologie cellulaire à la Yale School of Medicine (YSM).
Mais nous savons maintenant que les neurones eux-mêmes stockent le glycogène et peuvent le décomposer lorsque la pression est allumée. C'est comme découvrir que votre voiture est un hybride – cela ne dépend pas seulement des stations-service, il a porté une batterie d'urgence tout le temps. «
Milind Singh, doctorant, Yale School of Medicine
Pour l'étude, l'équipe de recherche a utilisé un ver ronde microscopique appelé Caenorhabditis elegans (c. Elegans) – un type de ver couramment utilisé dans la recherche – et un biocapteur fluorescent génétiquement codé appelé Hylight, qui brille en réponse aux changements de glycolyse (les cellules de processus utilisent pour décomposer le sucre pour l'énergie.)
Avec des dispositifs sur mesure, les chercheurs contrôlaient précisément le niveau d'oxygène que les vers vivants ont connu et surveillé comment les neurones ont réagi au stress énergétique en temps réel.
Une percée est survenue lorsque les chercheurs ont découvert l'enzyme PYGL-1, la version du ver de l'enzyme de glycogène phosphorylase humaine qui convertit le glycogène en carburant pour les neurones. Lorsque les chercheurs ont supprimé PYGL-1, les neurones de ver ne pouvaient plus augmenter l'énergie dans des conditions de stress à faible teneur en oxygène; Lorsque l'enzyme a été spécifiquement restaurée dans les neurones, cette échec a été inversée.
« Nous avons découvert que les neurones utilisent deux stratégies différentes pour s'adapter au stress énergétique: une personne dépendante du glycogène, et celle qui ne l'est pas », a expliqué l'auteur co-dirigé Aaron Wolfe, un chercheur postdoctoral en neurosciences. « La voie dépendante du glycogène est particulièrement critique lorsque les mitochondries – l'un des principaux producteurs d'énergie de la cellule – ne fonctionnent pas bien. Dans ces situations, le glycogène sert de système de sauvegarde pour fournir de l'énergie via la glycolyse. »
L'équipe a inventé le terme «plasticité glycolytique dépendante du glycogène» (GDGP) pour décrire ce phénomène. Ils ont constaté que le GDGP est particulièrement important lorsque la fonction mitochondriale est compromise – comme pendant l'hypoxie, une condition d'approvisionnement limité en oxygène. Dans ces conditions, le glycogène sert de source de carburant à faible coût et à accès rapide, aidant les neurones à rester actifs lorsque d'autres systèmes peuvent caler. Cette adaptabilité métabolique, connue sous le nom de «plasticité glycolytique», aide les neurones à maintenir leurs fonctions centrales sous le stress.
« Notre travail remet en question le modèle de manuel de la façon dont le cerveau s'agite. Les neurones sont plus autosuffisants que nous ne le pensions », a déclaré Singh.
Le co-auteur Daniel Colón-Ramos, professeur de neurosciences et de biologie cellulaire de Dorys McConnell Duberg à YSM, a déclaré que l'étude soutient la notion de glycogène en tant que « condensateur énergétique » dans les neurones.
« Tout comme dans les muscles, cette réserve peut tamponner des changements rapides de la demande d'énergie », a déclaré Colón-Ramos. « Cette flexibilité pourrait être cruciale pour la façon dont le cerveau maintient le fonctionnement et réagit au stress. Cette recherche remodèle notre compréhension du métabolisme de l'énergie cérébrale et ouvre de nouvelles voies pour explorer la façon de protéger et de soutenir la fonction neuronale dans la maladie. »
Les autres auteurs, tous de Yale, incluent Sarah Emerson, un chercheur postdoctoral en neurosciences; Ian J. Gonzalez, étudiant diplômé en biologie cellulaire; Anjali A. Vishwanath et Anastasia Tsives, chercheurs post-doctoraux en neurosciences; et Richard Goodman, chercheur en neurosciences.
