Les chercheurs explorant le système nerveux central en développement des mouches des fruits ont identifié des cellules non électriques qui font passer le cerveau d’un état hautement plastique à un état mature moins moulable.
Les cellules, connues sous le nom d’astrocytes pour leurs formes en forme d’étoile, et les gènes associés pourraient éventuellement devenir des cibles thérapeutiques, a déclaré Sarah Ackerman, chercheuse postdoctorale à l’Université de l’Oregon, qui a dirigé la recherche.
«Tous les types de cellules et les voies de signalisation que j’ai examinées sont présents chez les humains», a déclaré Ackerman. « Deux des gènes que j’ai identifiés sont des gènes de susceptibilité liés à des troubles neurodéveloppementaux, notamment l’autisme et la schizophrénie. »
L’incapacité à fermer les périodes dites critiques de plasticité cérébrale dans le développement, lorsque l’apprentissage se produit rapidement et aide à modeler le cerveau, a-t-elle ajouté, est également associée à l’épilepsie.
La découverte est détaillée dans un article publié en ligne le 7 avril dans la revue La nature. La recherche a été effectuée dans le laboratoire de l’Institut de neurosciences du co-auteur Chris Doe, chercheur de l’Institut médical Howard Hughes et professeur au Département de biologie de l’UO.
Les astrocytes sont des cellules gliales présentes en grand nombre dans le système nerveux central. Ils jouent divers rôles en fonction des régions du cerveau et de la moelle épinière où ils sont actifs. Ils sont, a déclaré Ackerman, « les gardiens des synapses en termes d’assurer un bon fonctionnement à la fois dans leur formation et dans leurs performances ultérieures. »
Dans la recherche, Ackerman s’est concentré sur les circuits moteurs des larves de Drosophila melanogaster sur des points spécifiques de développement. Ces mouches des fruits invertébrés sont des modèles de recherche standard qui sont facilement ouverts à une exploration génétique rapide des mécanismes moléculaires.
Ackerman a utilisé l’optogénétique, une technologie basée sur la lumière, pour activer et désactiver sélectivement les motoneurones. Elle a découvert que ces neurones présentent des changements frappants dans leur forme et leurs connexions – la plasticité – en réponse aux manipulations.
Curieusement, Ackerman et ses collègues ont vu des astrocytes se déverser dans le système nerveux, étendant de fines projections et enveloppant les connexions neuronales au bon moment pour faire passer les circuits du plastique aux états stables.
Ackerman a ensuite criblé des gènes candidats associés aux astrocytes pour déterminer quelles voies moléculaires dirigent la fenêtre pour fermer et arrêter la plasticité motrice.
Ces travaux pointaient directement sur la neuroligine, une protéine sur les projections d’astrocytes, qui se lie à la neurexine, une protéine réceptrice sur les dendrites des neurones en développement. L’élimination de cette voie génétique a prolongé la plasticité, tandis que l’expression précoce de ces protéines a fermé la plasticité trop tôt dans le développement.
Ces changements dans le moment de la plasticité se sont également avérés avoir un impact ultérieur sur le comportement. L’extension de la plasticité a entraîné un rampement anormal des larves. Prolonger les périodes critiques de plasticité dans le développement humain, a déclaré Ackerman, a été lié à des troubles neurodéveloppementaux.
Un exemple humain tragique de la façon dont cette période critique est vitale, a déclaré Doe, peut être le cas des enfants roumains abandonnés trouvés dans un orphelinat dans les années 1980. Des centaines de bébés avaient été négligés, sauf lorsqu’ils étaient nourris ou lavés, selon les reportages.
La négligence se serait produite pendant cette période clé de plasticité où les expériences et l’apprentissage façonnent le cerveau, a déclaré Doe. Lorsqu’ils ont ensuite été retirés de l’orphelinat, quatre enfants sur cinq étaient incapables de s’engager socialement, selon des recherches qui ont suivi les enfants jusqu’à l’âge adulte.
«Mon travail a été conçu pour comprendre les causes du passage d’un cerveau d’enfant vraiment malléable et flexible à un cerveau plus fixe et stable», a déclaré Ackerman. « Plutôt que de me concentrer sur les neurones, j’ai trouvé que ces cellules en forme d’étoile vraiment cool appelées astrocytes entrent dans le système nerveux et disent aux neurones de passer de l’état vraiment malléable à un état stable. »
Les implications de la recherche d’Ackerman sont potentiellement profondes, a déclaré Doe.
«Si nous pouvons comprendre ce mécanisme de clôture de cette période critique de développement, nous pourrions éventuellement rouvrir la plasticité chez les personnes âgées qui veulent, par exemple, apprendre une nouvelle langue ou apprendre une nouvelle tâche», a déclaré Doe.
Ce potentiel thérapeutique est encore loin, ont déclaré les chercheurs de l’UO, mais c’est un objectif majeur pour l’avenir. La recherche d’Ackerman passera ensuite à des études similaires sur les vertébrés, en particulier sur le poisson zèbre, qui ont été développés en un organisme modèle pour la recherche médicale à l’UO dans les années 1970.
Tout mouvement vers la thérapeutique, a averti Ackerman, nécessitera un titrage précis de tous les médicaments qui pourraient être développés afin qu’ils trouvent «le point idéal pour la plasticité».
La source:
Référence du journal:
Ackerman, SD, et coll. (2021) Les astrocytes ferment une période critique du circuit moteur. La nature. doi.org/10.1038/s41586-021-03441-2.
