Dans l’orchestre du cerveau, la mise à feu de chaque neurone est contrôlée par deux notes – excitatrice et inhibitrice – qui proviennent de deux formes distinctes d’une structure cellulaire appelée synapses. Les synapses sont essentiellement les connexions entre les neurones, transmettant des informations d’une cellule à l’autre. Les harmonies synaptiques se réunissent pour créer la musique la plus exquise – du moins la plupart du temps.
Lorsque la musique devient discordante et qu’une personne reçoit un diagnostic de maladie cérébrale, les scientifiques se tournent généralement vers les synapses entre les neurones pour déterminer ce qui n’a pas fonctionné. Mais une nouvelle étude des neuroscientifiques de l’Université Duke suggère qu’il serait plus utile de regarder le chef d’orchestre aux gants blancs – l’astrocyte.
Les astrocytes sont des cellules en forme d’étoile qui forment le cadre en forme de colle du cerveau. Il s’agit d’un type de cellule appelé glia, qui signifie «colle» en grec. Auparavant impliquée dans le contrôle des synapses excitatrices, une équipe de scientifiques de Duke a également découvert que les astrocytes sont impliqués dans la régulation des synapses inhibitrices en se liant aux neurones via une molécule d’adhésion appelée NrCAM. Les astrocytes atteignent de minces et fines tentacules vers la synapse inhibitrice, et lorsqu’ils se touchent, l’adhérence est formée par NrCAM. Leurs résultats ont été publiés dans La nature le 11 novembre.
Nous avons vraiment découvert que les astrocytes sont les conducteurs qui orchestrent les notes qui composent la musique du cerveau. «
Scott Soderling, PhD, directeur du département de biologie cellulaire de la Faculté de médecine et auteur principal de l’article
Les synapses excitatrices – l’accélérateur du cerveau – et les synapses inhibitrices – les freins du cerveau – étaient auparavant considérées comme les instruments les plus importants du cerveau. Trop d’excitation peut conduire à l’épilepsie, trop d’inhibition peut conduire à la schizophrénie, et un déséquilibre dans les deux sens peut conduire à l’autisme.
Cependant, cette étude montre que les astrocytes dirigent le spectacle dans le fonctionnement global du cerveau et pourraient être des cibles importantes pour les thérapies cérébrales, a déclaré le co-auteur principal Cagla Eroglu, PhD, professeur agrégé de biologie cellulaire et de neurobiologie à l’École de médecine. Eroglu est une experte mondiale des astrocytes et son laboratoire a découvert comment les astrocytes envoient leurs tentacules et se connectent aux synapses en 2017.
«La plupart du temps, les études qui étudient les aspects moléculaires du développement du cerveau et de la maladie étudient la fonction des gènes ou la fonction moléculaire des neurones, ou ne considèrent que les neurones comme les principales cellules affectées», a déclaré Eroglu. « Cependant, ici, nous avons pu montrer qu’en modifiant simplement l’interaction entre les astrocytes et les neurones – en particulier en manipulant les astrocytes – nous avons également pu modifier considérablement le câblage des neurones. »
Soderling et Eroglu collaborent souvent scientifiquement, et ils ont élaboré le plan du projet autour du café et des pâtisseries. Le plan était d’appliquer une méthode protéomique développée dans le laboratoire de Soderling qui a été développée par son associé postdoctoral Tetsuya Takano, qui est l’auteur principal de l’article.
Takano a conçu une nouvelle méthode permettant aux scientifiques d’utiliser un virus pour insérer une enzyme dans le cerveau d’une souris qui marquait les protéines reliant les astrocytes et les neurones. Une fois étiquetés avec cette étiquette, les scientifiques pourraient prélever les protéines marquées du tissu cérébral et utiliser l’installation de spectrométrie de masse de Duke pour identifier la molécule d’adhésion NrCAM.
Ensuite, Takano s’est associé à Katie Baldwin, associée postdoctorale dans le laboratoire d’Eroglu, pour effectuer des tests afin de déterminer comment la molécule d’adhésion NrCAM joue un rôle dans la connexion entre les astrocytes et les synapses inhibitrices. Ensemble, les laboratoires ont découvert que NrCAM était un chaînon manquant qui contrôlait la façon dont les astrocytes influencent les synapses inhibitrices, démontrant qu’ils influencent toutes les «notes» du cerveau.
«Nous avons eu beaucoup de chance d’avoir des membres d’équipe vraiment coopératifs», a déclaré Eroglu. « Ils ont travaillé très dur et ils étaient ouverts aux idées folles. J’appellerais cela une idée folle. »
Le projet a été financé par la NIH BRAIN Initiative, le National Institute on Drug Abuse, le Kahn Neurotechnology Award, la Uehara Memorial Foundation et la Japan Society for the Promotion of Science.
La source:
Référence du journal:
Takano, T., et coll. (2020) Découverte chimico-génétique du contrôle astrocytaire de l’inhibition in vivo. La nature. doi.org/10.1038/s41586-020-2926-0.
