La technique Patch-seq permet de collecter une base de données multimodale à partir du cortex moteur de la souris

L’arbre de vie décrit l’évolution de la vie et cherche à définir les relations entre les espèces. De même, l’arbre des types de cellules vise à organiser les cellules du cerveau en groupes et à décrire leurs relations les unes avec les autres.

Les scientifiques se demandent depuis longtemps à quoi ressemble l’arbre des types de cellules du cerveau. Maintenant, une collaboration internationale dirigée par le Dr Andreas Tolias du Baylor College of Medicine, le Dr Philipp Berens de l’Université de Tübingen en Allemagne et le Dr Rickard Sandberg de l’Institut Karolinska de Stockholm, en Suède, a publié un article dans Nature qui fournit l’une des caractérisations les plus détaillées et complètes de la diversité des types de neurones dans le cerveau à ce jour.

Découvrir la forme de l’arbre des types de cellules corticales avec Patch-seq

Les neuroscientifiques utilisent principalement trois caractéristiques fondamentales pour décrire les neurones: leur anatomie ou leur apparence au microscope; leur physiologie, ou comment ils réagissent lorsqu’ils sont stimulés; et, plus récemment, les gènes qu’ils expriment, qui sont appelés leur transcriptome.

Pour cette étude, l’équipe de recherche a utilisé une technique expérimentalement difficile qu’elle a développée il y a plusieurs années, appelée Patch-seq. Cette technique leur a permis de collecter une grande base de données multimodale comprenant des informations génétiques, anatomiques et physiologiques à partir de cellules individuelles dans le cortex moteur de la souris.

«Rassembler ces trois caractéristiques fondamentales à partir du même ensemble de neurones a été la clé qui nous a permis de mieux comprendre comment les neurones du cortex moteur sont liés les uns aux autres et d’avoir une vision plus claire de l’aspect de l’arbre des types cellulaires. », a déclaré le co-premier auteur, le Dr Federico Scala, associé postdoctoral au laboratoire Tolias à Baylor.

Le Dr Dmitry Kobak, également co-premier auteur et chercheur au laboratoire de Berens, a décrit que si les grandes familles génétiques de neurones avaient des propriétés anatomiques et physiologiques distinctes, au sein de chaque famille, les neurones présentaient une vaste diversité anatomique et physiologique. Surtout, les trois caractéristiques neuronales de base (anatomie, physiologie et transcriptome) étaient corrélées, ce qui a permis à l’équipe de trouver des liens intéressants entre elles.

Nos données soutiennent l’idée que l’arbre des types de cellules corticales peut ressembler davantage à un bananier avec peu de grandes feuilles qu’à un olivier avec de nombreuses petites. Cette vue fournit un modèle plus simple pour décrire la diversité des neurones que nous trouvons dans le cerveau. Nous pensons que cette vision plus simple mènera à une compréhension plus raisonnée de la raison pour laquelle nous avons tant de types de cellules dans le cerveau pour commencer et à quoi elles sont utilisées. « 

Dr Andreas Tolias, titulaire de la chaire de neurosciences de la Fondation Brown, directeur du Centre de neurosciences et d’intelligence artificielle, Baylor College of Medicine

Dans cette métaphore, les neurones suivent une hiérarchie constituée de branches distinctes et non chevauchantes au niveau des familles, les grandes feuilles du bananier. Au sein de chaque famille, les neurones présentent des changements continus dans leurs caractéristiques génétiques, anatomiques et physiologiques, et les trois caractéristiques d’une famille sont corrélées.

En parallèle, des travaux publiés simultanément dans Cell, des scientifiques de l’Allen Institute of Brain Science à Seattle ont obtenu des résultats très similaires à partir du cortex visuel de souris, soulignant que cette vision des types de cellules peut être un principe général de construction des circuits cérébraux.