Les chercheurs de Johns Hopkins Medicine disent qu'ils ont trouvé de manière inattendue de nouvelles informations sur le rôle spécial d'une protéine dans l'obtention de cellules cérébrales pour communiquer au bon moment et au bon lieu des expériences avec des souris génétiquement modifiées.
La découverte de l'intersectine protéique, disent-ils, fait progresser la compréhension scientifique d'un processus clé dans la façon dont le cerveau des mammifères forme des souvenirs et apprend, et peut aider à faire progresser les traitements pour les troubles cognitifs, notamment le syndrome de Down, la maladie d'Alzheimer et la maladie de Huntington.
Un rapport des nouvelles conclusions, financée en partie par les National Institutes of Health, a été publiée le 8 juillet dans la revue Neuroscience de la nature.
Plus précisément, les chercheurs ont constaté que l'intersectine maintient de minuscules bulles portant des messages à l'intérieur des cellules cérébrales à un endroit particulier jusqu'à ce qu'ils soient prêts à être libérés pour activer une cellule cérébrale voisine. La protéine le fait en créant une frontière physique entre ces bulles, similaire à la façon dont l'huile se sépare de l'eau.
Le transfert de messages de la cellule cérébrale aux cellules cérébrales est la clé du traitement de l'information, de l'apprentissage et de la formation de souvenirs. Les bulles, les vésicules synaptiques, sont logées dans la synapse – le point de connexion où les cellules du cerveau communiquent.
Dans les synapses typiques dans le cerveau des mammifères, 300 vésicules synaptiques sont regroupées dans l'intersection entre deux cellules cérébrales, mais seules quelques-unes de ces vésicules sont utilisées pour un tel transfert de messages, selon des chercheurs. Pincerter la façon dont une synapse sait quelles vésicules utiliser a longtemps été une cible de recherche par ceux qui étudient la biologie et la chimie de la pensée.
Nous avons constaté que ces minuscules bulles ont un domaine distinct où ils veulent être. Les garder à des endroits particuliers dans une synapse permet au cerveau de décider comment et quand les utiliser tout en pensant et en traitement des informations. «
SHIGEKI WATANABE, PhD, chef d'étude et professeur agrégé, biologie cellulaire, Johns Hopkins Medicine
Dans un effort pour mieux comprendre le fonctionnement de ces vésicules synaptiques, Watanabe et son équipe ont conçu une étude qui s'est d'abord concentrée sur l'endocytose, un processus dans lequel les cellules cérébrales recyclent les vésicules synaptiques après leur utilisation pour la communication neuronale.
Déjà conscient du rôle général d'Intersectin dans l'endocytose et la communication neuronale, les scientifiques ont génétiquement conçu des souris pour ne pas avoir le gène qui code pour Intersectin. Cependant, et quelque peu à leur surprise, Watanabe dit que l'élimination de la protéine ne semble pas arrêter l'endocytose dans les cellules cérébrales.
L'équipe de recherche a recentré ses expériences, examinant de plus près les vésicules synaptiques elles-mêmes.
En utilisant un microscope à fluorescence à haute résolution pour observer où l'intersectine est dans une synapse, les chercheurs l'ont trouvé entre les vésicules qui sont utilisées pour la communication neuronale et celles qui ne le sont pas, comme si elles séparaient physiquement les deux.
Pour comprendre davantage le rôle de l'intersectin à cet endroit, ils ont utilisé un microscope électronique pour visualiser les vésicules synaptiques en action sur un milliardième de mètre. Dans toutes les cellules nerveuses de souris dépourvues de cette protéine, les scientifiques disent que des vésicules synaptiques proches de la membrane étaient absentes de la zone de libération de la synapse, l'endroit où les bulles se déverrouiraient vers les neurones voisins.
« Cela suggère que l'intersectin régule la libération, plutôt que le recyclage, de ces vésicules à cet emplacement de la synapse », explique Watanabe.
En utilisant une technique appelée zap et miroscopie de gel, les scientifiques ont stimulé les neurones dans le cerveau de souris pour capturer le mouvement des vésicules synaptiques sur une échelle de temps en millisecondes et à une résolution nanométrique.
Chez les souris normales, les scientifiques ont vu des vésicules fusionner avec la membrane des cellules cérébrales en une milliseconde après la stimulation. Ensuite, de nouvelles vésicules synaptiques sont venues et ont rempli les sites de libération vacants de la synapse dans environ 15 millisecondes.
Dans deux lignes de souris génétiquement modifiées, l'une dépourvue d'intersectine et une autre dépourvue de la protéine d'endophiline, qui se lie à l'intersectine, de nouvelles vésicules n'ont pas pu être recrutées sur les sites de libération vacants. De même, les vésicules dans les cellules nerveuses des souris avec des mutations qui ont bloqué l'interaction de ces deux protéines ont également ralenti le reconstitution locale des vésicules synaptiques qui transportent des informations du neurone au neurone.
« Lorsque les informations sont traitées dans le cerveau, ce processus de réapprovisionnement doit se produire en quelques millisecondes », explique Watanabe. « Lorsque vous n'avez pas de vésicules organisées et prêtes à aller sur les sites de libération ou les zones actives, la neurotransmission ne peut pas continuer. »
Dans les recherches futures, les scientifiques disent qu'ils visent à mieux comprendre comment Intersectin fait la navette de nouvelles vésicules synaptiques pour libérer des sites.
