Les neurones sont les cellules qui constituent les circuits neuronaux et utilisent des produits chimiques et de l’électricité pour recevoir et envoyer des messages qui permettent au corps de tout faire, y compris penser, ressentir, bouger, etc. Les neurones ont une longue fibre appelée axone qui envoie des informations aux neurones suivants. Les informations provenant des axones sont reçues par des structures en forme de branche qui se déploient à partir du corps cellulaire, appelées dendrites.
Le raffinement dendritique est une partie importante du développement cérébral postnatal précoce au cours duquel les dendrites sont adaptées pour établir des connexions spécifiques avec les axones appropriés. Dans un article récemment publié, des chercheurs présentent des preuves montrant comment un mécanisme au sein des neurones d’un rongeur impliquant l’appareil de Golgi initie le raffinement dendritique à l’aide de l’activité neuronale reçue par un récepteur d’un neurotransmetteur appelé N-méthyl-D-aspartate de type récepteur du glutamate (NMDAR).
Le papier a été publié dans Rapports de cellule le 28 juillet.
Nous voulions trouver le mécanisme cellulaire qui sous-tend la réorganisation du circuit neuronal dépendant de l’activité au cours du développement cérébral postnatal précoce. La contribution potentielle de la dynamique des structures subcellulaires, telles que les organites, à ce processus a été largement négligée. »
Naoki Nakagawa, professeur adjoint, Institut national de génétique de Shizouka, Japon
L’organite en question est l’appareil de Golgi, qui agit comme une plaque tournante pour le transport des matériaux à l’intérieur de la cellule. Le positionnement de l’appareil de Golgi dans une cellule génère la polarité cellulaire en déterminant la direction du transport intracellulaire. « La polarité cellulaire médiée par Golgi est connue pour jouer un rôle important dans les événements de développement embryonnaire antérieurs, tels que la mitose, la migration et la différenciation des cellules », a déclaré Nakagawa. « Cependant, pendant la période critique postnatale de la réorganisation des circuits, nous ne savions pas si la polarité de Golgi est modifiée par l’activité neuronale ou si le changement de polarité de Golgi contribue au remodelage des circuits neuronaux. »
Pour comprendre le rôle de la polarité de Golgi dans le raffinement dendritique, les scientifiques ont étudié les neurones étoilés épineux chez les rongeurs. Ces neurones se trouvent dans une partie du cerveau du rongeur appelée le cortex du tonneau, qui traite les informations tactiles des moustaches. Les neurones étoilés épineux dans le cortex du baril ont des dendrites asymétriques qui font face au centre du baril. Cette structure dendritique unique est établie au cours de la première semaine après la naissance grâce à un raffinement basé sur l’activité neuronale. Afin de suivre le positionnement de l’appareil de Golgi au cours du développement postnatal, la protéine fluorescente ciblée par Golgi a été exprimée dans les neurones étoilés épineux.
Au cours des premiers jours de la vie, l’appareil de Golgi dans les cellules étoilées épineuses était polarisé apicalement pendant les jours 1 à 3 après la naissance, mais s’est retrouvé polarisé latéralement vers le centre du barillet au jour 5 après la naissance. Au jour 15, lorsque le modèle de dendrite asymétrique était déjà établi, la polarisation latérale a diminué. Les chercheurs ont également examiné le placement de l’appareil de Golgi dans les dendrites. Les dendrites qui contenaient un appareil de Golgi à l’intérieur ou à la base étaient plus longues et plus ramifiées que les dendrites qui n’en avaient pas.
Les signaux du NMDAR sont nécessaires pour la polarisation latérale de Golgi, qui, à son tour, indique le raffinement dendritique approprié. Celles-ci étaient claires lorsque les chercheurs ont interrompu le signal NMDAR ou la polarité de Golgi. Dans les deux cas, la forme et la direction des dendrites ont changé de manière inappropriée.
Pour l’avenir, les chercheurs veulent en savoir plus sur la façon dont l’appareil de Golgi affecte le développement des neurones. « Nous voulons savoir comment l’activité neuronale déplace l’appareil de Golgi vers les bonnes positions dans les neurones et comment la polarisation de Golgi permet une structuration appropriée des dendrites neuronales », a déclaré Nakagawa. « Nous pensons que répondre à ces questions permettra de mieux comprendre ce qui se passe dans les neurones pendant le développement postnatal et comment cela favorise la réorganisation des circuits, qui est une étape essentielle pour construire des circuits neuronaux sophistiqués dans le cerveau. »
Takuji Iwasato du Laboratoire des circuits neuronaux des mammifères de l’Institut national de génétique de Shizouka, au Japon, a également contribué à cette recherche.
Le JSPS KAKENHI, la Uehara Memorial Foundation et la Takeda Science Foundation ont soutenu cette recherche.
