Des chercheurs de l’Université du Wisconsin-Madison ont identifié une protéine clé dans le développement d’un type de cellule cérébrale censée jouer un rôle dans des troubles tels que les maladies d’Alzheimer et de Parkinson et ont utilisé cette découverte pour développer pour la première fois des neurones à partir de cellules souches.
Les neurones à noradrénaline dérivés de cellules souches du type trouvé dans une partie du cerveau humain appelée locus coeruleus pourraient permettre la recherche sur de nombreuses maladies psychiatriques et neurodégénératives et fournir un outil pour développer de nouvelles façons de les traiter.
Yunlong Tao, chercheur à l’Université de Nanjing en Chine et professeur-chercheur au Waisman Center de l’UW-Madison au moment de la réalisation de l’étude, et Su-Chun Zhang, professeur de neurosciences et de neurologie à l’UW-Madison, ont publié leurs travaux sur les cellules, qu’ils appellent neurones LC-NE, aujourd’hui dans la revue Nature Biotechnology.
Les neurones norépinéphrines du locus coeruleus régulent le rythme cardiaque, la tension artérielle, l’éveil, la mémoire, l’attention et les réactions de « combat ou de fuite ». Les humains possèdent environ 50 000 neurones LC-NE dans le cerveau postérieur, où se trouve le locus coeruleus. De là, les neurones LC-NE atteignent toutes les parties du cerveau et de la moelle épinière.
Les neurones noradrénaline du locus coeruleus sont essentiels à notre vie. Nous l’appelons le centre de la vie. Sans ces cellules nerveuses, nous aurions probablement disparu de la Terre. »
Su-Chun Zhang, professeur de neurosciences et de neurologie, Université de Wisconsin-Madison
Ces neurones jouent également un rôle, bien que méconnu, dans diverses maladies neurodégénératives et neuropsychiatriques. Dans de nombreuses maladies neurodégénératives telles que la maladie d’Alzheimer et la maladie de Parkinson, les neurones commencent à dégénérer très tôt – ; parfois des années avant que d’autres régions du cerveau ne commencent à faiblir.
« Les gens l’ont remarqué depuis longtemps, mais ils ne savent pas quelle est la fonction du locus coeruleus dans ce processus. Et en partie parce que nous n’avons pas de bon modèle pour imiter les neurones LC-NE humains », explique Tao, premier auteur de l’étude.
Les tentatives précédentes visant à créer ces neurones à partir de cellules souches humaines suivaient un protocole basé sur le développement de neurones LC-NE dans des modèles murins. Pendant deux ans, Tao a exploré pourquoi ces tentatives échouaient et comment le développement des neurones à partir de cellules souches était différent chez l’homme.
Dans la nouvelle étude, il a identifié ACTIVIN-A, une protéine appartenant à une famille de facteurs de croissance, comme étant importante dans la régulation de la neurogenèse dans les neurones NE humains.
« Nous avons de nouvelles connaissances sur le développement du locus coeruleus », explique Tao. « C’est la découverte majeure de cet article, et sur la base de cette découverte, nous sommes capables de générer des neurones à noradrénaline du locus coeruleus. »
Pour créer des neurones LC-NE, les chercheurs ont converti des cellules souches pluripotentes humaines en cellules du cerveau postérieur. Ensuite, en utilisant ACTIVIN-A et une série de signaux supplémentaires, ils ont orienté le développement cellulaire vers leur destin de neurones LC-NE.
Une fois converties, les cellules ont présenté les caractéristiques typiques des neurones LC-NE fonctionnels du cerveau humain, libérant le neurotransmetteur noradrénaline. Ils ont également montré une arborisation axonale – ; extension des bras longs et ramifiés des neurones qui permettent les connexions entre les cellules cérébrales – ; et réagi à la présence de dioxyde de carbone, qui est crucial pour le contrôle de la respiration.
Les nouvelles cellules pourraient servir de modèles pour les maladies humaines, permettant aux scientifiques de sélectionner des médicaments pour des traitements potentiels et de répondre à des questions telles que la raison pour laquelle les cellules du locus coeruleus meurent si tôt dans les maladies neurodégénératives.
« Si cela est quelque peu causal, nous pourrions alors potentiellement faire quelque chose pour prévenir ou retarder le processus de neurodégénérescence », explique Zhang.
Les cellules LC-NE pourraient un jour servir elles-mêmes de thérapie par cellules souches.
« L’application de ces cellules est assez vaste », explique Zhang.
Ensuite, les chercheurs prévoient d’examiner les mécanismes détaillés par lesquels ACTIVIN-A régule le développement des neurones LC-NE. Le groupe utilisera également les cellules pour le travail translationnel de dépistage de médicaments et de modélisation de maladies.
