Le cervelet est une région du cerveau qui nous aide à affiner nos mouvements et à acquérir de nouvelles capacités motrices. Les patients et les modèles murins présentent de nombreux types de mouvements anormaux lorsque leur cervelet est endommagé. Ils peuvent avoir des mouvements non coordonnés et déséquilibrés, appelés ataxie. Ils peuvent avoir un positionnement atypique des parties du corps ou des mouvements incontrôlés parce que leurs muscles travaillent les uns contre les autres, appelés dystonie. Ils peuvent également avoir des mouvements instables et perturbateurs, appelés tremblements. Comprendre comment des changements dans une seule région du cerveau peuvent entraîner une gamme aussi diversifiée de défauts moteurs est une question de longue date dans le domaine.
Une étude récente du laboratoire du Dr Roy V. Sillitoe, professeur au Baylor College of Medicine, titulaire de la chaire Chao Family Endowed et chercheur principal au Jan and Dan Duncan Neurological Research Institute (Duncan NRI) du Texas Children's Hospital, a révélé que la façon dont les neurones cérébelleux communiquent avec d'autres régions du cerveau est différente dans divers troubles du mouvement. L'équipe a découvert des modèles d'activité cérébelleuse uniques responsables de différents mouvements anormaux. Ces travaux fournissent un cadre fondamental pour de nouvelles approches thérapeutiques des troubles du mouvement. L'étude a été publiée dans eVie.
« Les cellules cérébrales communiquent entre elles par le biais de signaux neuronaux », a déclaré le Dr Meike van der Heijden, co-auteur principal et co-auteur correspondant de l'étude. « Ces signaux se produisent selon des schémas spécifiques qui représentent un code pour des comportements spécifiques. L'étude du code produit dans le cervelet nous donne des informations sur les mouvements de l'animal. Nous nous sommes demandés si nous pouvions déchiffrer le code de différents troubles du mouvement en comparant les schémas d'activité neuronale cérébelleuse chez des souris en bonne santé et chez des souris atteintes d'ataxie, de dystonie et de tremblements. Pour répondre à cette question, nous avons construit un modèle informatique et avons révélé que les neurones cérébelleux s'activaient différemment chez les animaux en bonne santé par rapport aux animaux présentant des comportements spécifiques à la maladie. De plus, les neurones cérébelleux de chacun des modèles murins atteints de la maladie présentaient un code neuronal distinct et unique. »
« Nous avons mené d’autres études avec d’autres modèles de maladies pour vérifier si les origines génétiques ou médicamenteuses différentes des mouvements anormaux influençaient le code de la maladie. Fait important, nous avons découvert que, quelle que soit l’origine de la maladie, les caractéristiques anormales des signaux neuronaux chez les souris présentant des troubles du mouvement similaires étaient les mêmes. Cependant, ces schémas d’activité étaient différents chez les souris présentant des conditions différentes », a déclaré la co-première auteure de l’article et chercheuse postdoctorale au laboratoire de Sillitoe, le Dr Amanda Brown. « Cela nous a donné le premier indice que ces codes neuronaux uniques peuvent non seulement être corrélés à différents mouvements anormaux, mais aussi les provoquer. »
Les chercheurs ont ensuite reproduit les effets de ces codes neuronaux sur des souris saines en utilisant l'optogénétique, une approche élégante qui combine des techniques optiques et de génie génétique pour réguler avec précision les fonctions biologiques dans les cellules cibles. Cette technique a permis aux chercheurs d'éclairer les cellules selon des schémas clignotants pour modifier le schéma d'activité des cellules. Ils ont découvert qu'en changeant le schéma lumineux, ils pouvaient faire passer de manière fiable les schémas de signaux neuronaux des neurones cérébelleux d'un code sain au code de maladie souhaité.
L'équipe a ensuite utilisé ces différents schémas lumineux pour modifier le code neuronal cérébelleux de souris saines afin de tester si elles pouvaient créer des comportements pathologiques à la demande alors que les souris se déplaçaient librement dans une boîte. « Lorsque nous avons induit les schémas d'activité associés à l'ataxie, nos souris saines ont immédiatement présenté des mouvements ataxiques. Les mêmes souris ont présenté des mouvements dystoniques avec le schéma associé à la dystonie et ont développé des tremblements lorsqu'on leur a donné le schéma associé aux tremblements », a ajouté le Dr Brown. « Cela signifie que chaque schéma neuronal associé à une maladie est suffisant à lui seul pour provoquer des comportements dysfonctionnels distincts, même dans des cerveaux sains. »
« Ensemble, nos résultats fournissent des preuves solides du rôle important des schémas d'activité uniques des neurones cérébelleux dans la génération de différents troubles du mouvement. Les mouvements dans le cervelet des animaux en bonne santé sont probablement régulés par une gamme de schémas d'activité, et les troubles du mouvement surviennent lorsque les neurones se déplacent dans la gamme vers un code neuronal qui favorise l'un des mouvements dysfonctionnels. Notre étude souligne l'importance de l'étude des signaux neuronaux cérébelleux dans la santé et la maladie. Elle indique une nouvelle stratégie potentielle de traitement des troubles du mouvement en régulant finement l'activité des neurones cérébelleux. »
Dr Roy V. Sillitoe, professeur au Baylor College of Medicine
