Des chercheurs de la Tufts University School of Medicine ont découvert une fonction auparavant inconnue exécutée par un type de cellule qui comprend près de la moitié de toutes les cellules du cerveau.
Les scientifiques disent que cette découverte chez la souris d’une nouvelle fonction par des cellules appelées astrocytes ouvre une toute nouvelle direction pour la recherche en neurosciences qui pourrait un jour conduire à des traitements pour de nombreux troubles allant de l’épilepsie à la maladie d’Alzheimer en passant par les lésions cérébrales traumatiques.
Cela se résume à la façon dont les astrocytes interagissent avec les neurones, qui sont des cellules fondamentales du cerveau et du système nerveux qui reçoivent des informations du monde extérieur. Grâce à un ensemble complexe de signaux électriques et chimiques, les neurones transmettent des informations entre différentes zones du cerveau et entre le cerveau et le reste du système nerveux.
Jusqu’à présent, les scientifiques pensaient que les astrocytes étaient importants, mais moins acteurs dans cette activité. Les astrocytes guident la croissance des axones, la longue et mince projection d’un neurone qui conduit les impulsions électriques. Ils contrôlent également les neurotransmetteurs, des substances chimiques qui permettent le transfert de signaux électriques dans le cerveau et le système nerveux. De plus, les astrocytes construisent la barrière hémato-encéphalique et réagissent aux blessures.
Mais ils ne semblaient pas être électriquement actifs comme les neurones les plus importants jusqu’à présent.
« L’activité électrique des astrocytes modifie le fonctionnement des neurones », explique Chris Dulla, professeur agrégé de neurosciences à l’École de médecine et à l’École supérieure des sciences biomédicales, et auteur correspondant d’un article publié aujourd’hui par Neurosciences naturelles. « Nous avons découvert une nouvelle façon dont deux des cellules les plus importantes du cerveau se parlent. Parce qu’il y a tellement d’inconnues sur le fonctionnement du cerveau, la découverte de nouveaux processus fondamentaux qui contrôlent la fonction cérébrale est essentielle pour développer de nouveaux traitements pour les maladies neurologiques. maladies. »
En plus de Dulla et de l’auteur principal Moritz Armbruster, les autres auteurs de l’étude incluent Saptarnab Naskar, Mary Sommer, Elliot Kim et Philip G. Haydon de la Tufts University School of Medicine ; Jacqueline P. Garcia du programme de biologie cellulaire, moléculaire et du développement de la Tufts Graduate School of Biomedical Sciences ; et des chercheurs d’autres institutions.
Pour faire cette découverte, l’équipe a utilisé une toute nouvelle technologie pour concevoir une technique qui leur permet de voir et d’étudier les propriétés électriques des interactions des cellules cérébrales, qui ne pouvaient pas être observées auparavant.
« Avec ces nouveaux outils, nous avons essentiellement découvert des aspects complètement nouveaux de la biologie », a déclaré Armbruster, professeur adjoint de recherche en neurosciences à l’École de médecine. « Au fur et à mesure que de meilleurs outils arrivent – par exemple, de nouveaux capteurs fluorescents sont constamment développés – nous aurons une meilleure compréhension de choses auxquelles nous n’avions même pas pensé auparavant. »
« La nouvelle technologie image l’activité électrique avec la lumière », explique Dulla. « Les neurones sont très actifs électriquement, et la nouvelle technologie nous permet de voir que les astrocytes sont également actifs électriquement. »
Dulla décrit les astrocytes comme « s’assurant que tout est copacétique dans le cerveau, et si quelque chose ne va pas, s’il y a une blessure ou une infection virale, ils le détectent, essaient de réagir, puis essaient de protéger le cerveau contre les insultes. Ce que nous voulons La prochaine étape consiste à déterminer comment les astrocytes changent lorsque ces insultes se produisent. »
La communication de neurone à neurone se produit par la libération de paquets de produits chimiques appelés neurotransmetteurs. Les scientifiques savaient que les astrocytes contrôlent les neurotransmetteurs, aidant à s’assurer que les neurones restent sains et actifs. Mais la nouvelle étude révèle que les neurones libèrent également des ions potassium, qui modifient l’activité électrique de l’astrocyte et la façon dont il contrôle les neurotransmetteurs.
« Ainsi, le neurone contrôle ce que fait l’astrocyte, et ils communiquent dans les deux sens. Les neurones et les astrocytes se parlent d’une manière inconnue auparavant », dit-il.
L’impact sur la recherche future
La découverte de la diaphonie astrocyte-neurone soulève de nombreuses questions quant au fonctionnement des interactions dans la pathologie cérébrale et dans le développement de l’apprentissage et de la mémoire. « Cela nous fait repenser tout ce que font les astrocytes, et comment le fait que les astrocytes soient électriquement actifs peut influencer un large éventail de maladies neurologiques », dit-il.
Par exemple, dans la maladie d’Alzheimer, les astrocytes ne contrôlent pas les neurotransmetteurs, même si c’est leur travail fondamental, explique Dulla. Des problèmes similaires se produisent avec les lésions cérébrales traumatiques et l’épilepsie. Pendant des années, les scientifiques ont pensé que le problème était peut-être causé par l’absence d’une protéine ou par une mutation qui empêche une protéine de fonctionner.
L’accumulation de potassium extracellulaire dans le cerveau a été supposée contribuer aux pathologies de l’épilepsie et de la migraine. Cette nouvelle étude nous donne une meilleure compréhension de la façon dont les astrocytes éliminent cette accumulation et aident à maintenir un équilibre d’excitation. »
Moritz Armbruster, auteur principal
Les chercheurs examinent actuellement les médicaments existants pour voir s’ils peuvent manipuler les interactions neurones-astrocytes. « Ce faisant, pouvons-nous un jour aider les gens à apprendre plus vite ou mieux ? Pouvons-nous réparer une lésion cérébrale lorsqu’elle survient ? » demande Dula.
La nouvelle technologie utilisée pour faire cette découverte ouvre non seulement de nouvelles façons de penser à l’activité des astrocytes, mais elle fournit également de nouvelles approches pour l’activité d’imagerie à travers le cerveau. Auparavant, il n’y avait aucun moyen d’imager l’activité du potassium dans le cerveau, par exemple, ou d’étudier comment le potassium est impliqué dans le sommeil, le métabolisme ou les blessures et les infections dans le cerveau.
« Nous donnons ces outils à d’autres laboratoires afin qu’ils puissent utiliser les mêmes tests et techniques pour étudier les questions qui les intéressent », dit-il. « Les scientifiques obtiennent les outils pour étudier les maux de tête, la respiration, les troubles du développement et un large éventail de maladies neurologiques différentes. »