Les neuroscientifiques de la Florida Atlantic University ont découvert le rôle surprenant d'une protéine appelée « Frazzled » (connue sous le nom de DCC chez les mammifères) dans le système nerveux des mouches des fruits, montrant comment elle aide les neurones à se connecter et à communiquer à la vitesse de l'éclair. Cette découverte met en lumière les mécanismes fondamentaux qui garantissent que les neurones forment des connexions fiables, ou synapses, un processus essentiel pour tous les systèmes nerveux, des insectes aux humains.
Dans l'étude, les chercheurs se sont concentrés sur le système de fibres géantes (GF) de la drosophile, un circuit neuronal qui contrôle le réflexe de fuite rapide de cette mouche des fruits. Avec ce travail, l'équipe a non seulement révélé un acteur moléculaire clé dans les circuits neuronaux de la mouche des fruits, mais a également démontré le pouvoir de combiner la génétique, l'imagerie, la physiologie et la modélisation informatique pour découvrir comment les cerveaux restent connectés – et ce qui se passe lorsqu'ils ne le sont pas.
Les résultats, publiés dans la revue eNeuro, révèlent que lorsque Frazzled est absent ou muté, le système faiblit : les neurones ne parviennent pas à établir des connexions électriques appropriées, les réponses neuronales de la mouche ralentissent et la communication entre les neurones GF et les muscles qu'ils contrôlent s'affaiblit.
Ces défauts sont liés à une perte de jonctions lacunaires, de minuscules canaux qui permettent aux neurones de transmettre des signaux directement et rapidement. En particulier, l’équipe a découvert que la perte d’une protéine appelée shake-B(neural+16), qui forme ces jonctions dans les terminaisons présynaptiques, est à l’origine d’une grande partie des ratés.
Pour comprendre le rôle précis de Frazzled, les chercheurs ont utilisé un outil génétique connu sous le nom de système UAS-GAL4 pour réintroduire différents morceaux de la protéine Frazzled dans des mouches mutantes. Étonnamment, seule la partie intracellulaire de Frazzled – la partie à l’intérieur du neurone qui peut influencer l’expression des gènes – était suffisante pour restaurer à la fois la structure des synapses et la vitesse de communication neuronale. Lorsque cette partie a été perturbée, par exemple en supprimant un domaine clé appelé P3 ou en mutant un site crucial en son sein, le sauvetage a échoué, indiquant que le contrôle de l'activité génique par Frazzled est essentiel pour la construction de jonctions lacunaires.
Au-delà des expériences en laboratoire, l'équipe a également créé un modèle informatique du système GF, simulant la manière dont le nombre de jonctions lacunaires affecte la capacité des neurones à fonctionner de manière fiable. Le modèle a confirmé que même de petits changements dans la densité des jonctions lacunaires peuvent considérablement modifier la vitesse et la précision des signaux neuronaux.
La combinaison de travaux expérimentaux et informatiques nous a permis de voir non seulement l'importance de Frazzled, mais aussi comment il façonne exactement les connexions qui permettent aux neurones de communiquer entre eux. Nos prochaines étapes consistent à explorer si des mécanismes similaires contrôlent les circuits neuronaux chez d'autres espèces, y compris les mammifères, et à voir comment cela pourrait influencer l'apprentissage, la mémoire ou même la réparation après une blessure.
Rodney Murphey, Ph.D., auteur principal et professeur de sciences biologiques au FAU Charles E. Schmidt College of Science
Fait intéressant, alors que Frazzled a longtemps été étudié en tant que molécule de guidage – aidant les neurones à se développer sur le bon chemin – l’étude a révélé que son domaine intracellulaire régule également directement la formation des synapses. Les mouches dépourvues de Frazzled montraient souvent des neurones qui se développaient dans des directions aléatoires, ne parvenant pas à atteindre leurs cibles. La restauration du domaine intracellulaire a corrigé bon nombre de ces erreurs de guidage, démontrant le double rôle de Frazzled dans le câblage des neurones et dans le réglage fin de leur communication.
Ce travail établit également des parallèles avec d’autres organismes. Il a été démontré que des protéines similaires chez les vers et les vertébrés influencent les synapses chimiques, ce qui suggère que Frazzled et ses proches pourraient jouer un rôle largement conservé dans la formation des réseaux neuronaux. En montrant comment une seule protéine contrôle à la fois les aspects physiques et fonctionnels des synapses électriques, cette étude ouvre une fenêtre sur les règles fondamentales régissant l'assemblage du système nerveux.
« Comprendre comment les neurones établissent des connexions fiables est une question centrale en neurosciences », a déclaré Murphey. « Frazled nous donne une idée claire d'une pièce de ce puzzle. Nos résultats pourraient éclairer de futures études sur le développement neuronal, les maladies neurodégénératives et les stratégies visant à réparer les circuits endommagés. »
Les co-auteurs de l'étude sont le premier auteur Juan Lopez, Ph.D., chercheur postdoctoral au Charles E. Schmidt College of Science ; Jana Boerner, Ph.D., directrice générale du Advanced Cell Imaging Core du FAU Stiles-Nicholson Brain Institute ; Kelli Robbins, personnel de recherche au Département des sciences biologiques de la FAU ; et Rodrigo Pena, Ph.D., professeur adjoint de sciences biologiques au Charles E. Schmidt College of Science.
