Les cellules que l’on pensait depuis longtemps jouer un rôle secondaire dans le fonctionnement cérébral établissent leurs propres connexions de grande envergure, a montré une nouvelle étude chez la souris. Ces voies semblent relier des régions éloignées d’une manière qui n’a jamais été cartographiée auparavant.
Les experts décrivent généralement le cerveau comme un réseau de cellules nerveuses (neurones) qui s’envoient des signaux pour transmettre des informations. Ces neurones sont entretenus par un autre type de cellule cérébrale, l’astrocyte en forme d’étoile, qui transporte les nutriments et élimine les déchets.
Dirigée par des chercheurs de NYU Langone Health, l'étude a révélé que, comme les neurones, les astrocytes forment également des réseaux organisés et que ceux-ci leur permettent de communiquer avec d'autres astrocytes spécifiques à travers le cerveau plutôt que d'envoyer uniquement des signaux locaux et généralisés. Dans certains cas, les voies relient des zones qui n’étaient pas déjà reliées par les neurones.
Depuis plus d’un siècle, les neuroscientifiques considèrent les neurones comme les principaux acteurs du cerveau. Pourtant, nos résultats suggèrent que les astrocytes, qui sont généralement considérés comme de simples cellules de soutien, exécutent également leur propre voie de signalisation largement répandue, ajoutant une autre couche à la manière dont les régions du cerveau restent connectées. »
Melissa Cooper, PhD, auteur principal de l'étude
Dans des travaux antérieurs, le Dr Cooper a rapporté que dans un modèle murin du glaucome, une maladie neurodégénérative visuelle, les astrocytes peuvent redistribuer les ressources des astrocytes autour des neurones sains vers les neurones endommagés. Pourtant, l’équipe n’avait aucun moyen de voir si ce type de réseau de cellules de soutien s’étendait à l’ensemble du cerveau.
Cette dernière enquête est la première à cartographier les réseaux de communication actifs à l'échelle du cerveau construits par les astrocytes et à montrer que ces voies sont très spécifiques, a déclaré le Dr Cooper, chercheur postdoctoral au Département de neurosciences de la NYU Grossman School of Medicine.
Les résultats, publiés le 22 avril dans la revue Natures'est appuyé sur un outil de traçage personnalisé qui a permis à l'équipe de suivre les connexions des cellules de manière beaucoup plus détaillée que ne le permettaient les méthodes précédentes.
Pour l'étude, les chercheurs ont utilisé un virus inoffensif pour délivrer des « traceurs de réseau » dans les astrocytes de régions sélectionnées du cerveau de souris de laboratoire. Ces traceurs ont marqué de petites molécules alors que celles-ci traversaient de minuscules canaux appelés jonctions lacunaires, qui relient un astrocytes à un autre, permettant à l'équipe de voir quelles cellules faisaient partie de la même voie de signalisation.
Les scientifiques ont ensuite rendu le cerveau des souris transparent et ont utilisé un microscope spécialisé pour capturer des images tridimensionnelles de chaque astrocytes marqués. En procédant ainsi sur des centaines de souris, ils pourraient cartographier les réseaux d’astrocytes dans les zones cérébrales. L'outil de traçage et la méthode de nettoyage du cerveau ont été conçus pour être relativement peu coûteux et faciles à reproduire, afin que d'autres laboratoires puissent les utiliser pour étudier les réseaux dans de nombreuses maladies cérébrales.
Dans une autre partie de l’étude, l’équipe a évalué des souris génétiquement modifiées pour avoir des astrocytes dépourvus de jonctions lacunaires. Les réseaux de communication ont largement disparu, ce qui suggère que les voies sont actives et dépendent de ces ponts physiques.
« En remettant en question notre compréhension de la manière dont le cerveau communique sur de longues distances, nos résultats pourraient offrir un nouvel aperçu de la façon dont il se développe, vieillit et se comporte dans des conditions telles que la maladie d'Alzheimer et la maladie de Parkinson », a déclaré Shane A. Liddelow, PhD, co-auteur principal de l'étude. Le Dr Liddelow est professeur agrégé aux départements de neurosciences et d'ophtalmologie de la NYU Grossman School of Medicine.
Une autre découverte clé est que les réseaux d’astrocytes sont dynamiques. Lorsque l'équipe a coupé les moustaches d'un côté du visage des souris, un chemin provenant de la région qui traite le contact des moustaches est devenu plus petit et reconnecté à différents partenaires astrocytes.
« Le fait que les réseaux d'astrocytes rétrécissent et se réacheminent après une perte de signaux sensoriels suggère qu'ils pourraient être façonnés par l'expérience », a déclaré Moses V. Chao, PhD, co-auteur de l'étude. « Cela soulève également la possibilité que chacun de nous ait un modèle de connexions quelque peu unique, façonné par ce que notre cerveau a appris et vécu », a ajouté le Dr Chao, professeur aux départements de biologie cellulaire, de neurosciences et de psychiatrie à la NYU Grossman School of Medicine.
Les auteurs prévoient d'étudier quelles molécules se déplacent à travers les réseaux et d'appliquer leur outil de traçage à des modèles de troubles cérébraux. Ils espèrent également examiner comment ces réseaux évoluent au cours du développement et du vieillissement, a déclaré le Dr Chao.
Le Dr Liddelow a souligné que même si les jonctions lacunaires et les astrocytes existent chez les humains, on ne sait toujours pas si les réseaux relient les mêmes régions de la même manière que chez la souris.
Le financement de l'étude a été assuré par les subventions R01EY033353, U19NS107616, P30AG066512, P30CA016087, T32MH019524, K99NS139313 et K00AG068343 des National Institutes of Health. Un financement supplémentaire a été fourni par le Cure Alzheimer's Fund, les bourses Leon Levy en neurosciences de l'Académie des sciences de New York, la bourse postdoctorale Pew Charitable Trusts, la bourse SURFiN de la Fondation Simons, le Consortium Belfer sur la neurodégénérescence, la Fondation de la famille Carol et Gene Ludwig et le Fonds national suisse pour la science.
Le Dr Liddelow détient une participation financière dans AstronauTx Ltd., une société qui étudie des cibles thérapeutiques possibles pour la maladie d'Alzheimer, et dans Synapticure, une société de télésanté qui fournit des soins aux patients atteints de la maladie d'Alzheimer, de démence et d'autres troubles neurologiques. Il est également membre du conseil consultatif scientifique du Global BioAccess Fund. Aucune de ces activités n'est liée à l'étude en cours. Les termes et conditions de ces relations sont gérés par NYU Langone Health conformément à ses politiques et procédures.
Avec les Drs. Cooper, Liddelow et Chao, les autres chercheurs de NYU Langone impliqués dans l'étude sont Maria Clara Selles, PhD ; Michael Cammer, MFA, MAT ; Holly Gildea, Ph.D. ; Joseph Sall ; et Katelyn Chiurri. Les autres co-chercheurs de l'étude sont Chase Redd, Philip Cheung, MD, et Damian Wheeler, PhD, de Translucence Biosystems à Irvine, en Californie ; et Aiman Saab, PhD, à l'Université de Zurich en Suisse.
