Les épines dendritiques sont de petites saillies de la membrane dendritique d'un neurone, où le contact avec les axones voisins est formé pour recevoir une entrée synaptique. Ces épines ont différentes tailles, formes et densités. Les changements dans les caractéristiques des épines dendritiques sont associés à l'apprentissage et à la mémoire et pourraient être une caractéristique de troubles neurodégénératifs comme la maladie d'Alzheimer et la maladie de Huntington. En raison de l'importance primordiale des contacts synaptiques, les chercheurs ont déployé des efforts dans la visualisation et l'analyse fiables des épines dendritiques. Ce dernier nécessite de les diviser en groupes en fonction des paramètres morphologiques clés.
Des scientifiques de l'Université polytechnique Peter le Grand de Saint-Pétersbourg (SPbPU), en collaboration avec l'UT Southwestern Medical Center de Dallas, au Texas, ont examiné une nouvelle approche pour analyser les formes de la colonne vertébrale dendritique. Contrairement à l'approche standard consistant à les diviser en trois ou quatre sous-classes prédéfinies, ils suggèrent d'envisager l'approche de clusterisation. La perspective et les limites potentielles de l'utilisation d'une approche de clusterisation ont été publiées dans la revue Frontières de la neuroscience synaptique.
Les méthodes d'analyse et de compréhension de la morphologie des épines dendritiques sont d'une importance cruciale pour de nombreux domaines des neurosciences. Entre le bouton axonal et les épines, il existe une zone de contact pour la transmission d'informations d'un neurone à un autre. Malgré le fait que les neurones et les dendrites soient des structures plutôt stables, les épines synaptiques sont très plastiques et sujettes aux changements.
Les épines dendritiques sont des structures assez séparées vivant selon leurs propres conditions. Ils pourraient changer en réponse à l'activité neuronale. La force et le nombre de connexions synaptiques sont corrélés à l'apprentissage et à la mémoire. La diminution de la qualité ou du nombre de contacts synaptiques pourrait être une caractéristique diagnostique des processus pathologiques à un stade précoce. Les premiers symptômes de neurodégénérescence pourraient apparaître beaucoup plus tard car notre cerveau a une certaine marge de sécurité. «
Ekaterina Pchitskaya, stagiaire postdoctorale du laboratoire de neurodégénérescence moléculaire au SPbPU
Les scientifiques ont étudié les relations entre la forme, la densité et les fonctions des épines dendritiques. Les études précédentes reposent principalement sur l'approche de classification. Cela suggère que les épines sont divisées en catégories fixes telles que minces, champignons et tronquées. Les épines de champignons ont une grosse tête et un petit cou, les séparant d'une dendrite. Ils forment de fortes connexions synaptiques, ont une longue durée de vie et sont censés être liés à la mémoire à long terme. Les épines minces ont une structure similaire, mais leur tête est plus petite par rapport au cou. Les chercheurs supposent qu'ils sont responsables de la formation de nouveaux souvenirs. Les épines courtes n'ont généralement pas de cou. Ils sont connus pour être les types prédominants dans les premiers stades du développement postnatal, mais pourraient également être trouvés chez les adultes à la suite de la disparition des épines des champignons.
« Nous avons conclu que l'approche de classification est assez approximative et suggérons d'aborder la nature hautement dynamique des épines comme un continuum de formes différentes. Pour cette raison, nous avons décidé d'appliquer des algorithmes qui reposent sur la classification. Nous connaissons très bien l'association entre les principaux sous-classes dendritiques et leur fonctionnalité. Maintenant, il y a un défi de trouver un lien entre une forme concrète et les fonctions des épines « , – a ajouté Ekaterina Pchitskaya.
Différents types de microscopie ont été appliqués pour obtenir des images d'épines de neurones en culture, de tranches de cerveau fixes et de tissu cérébral intact. Il s'agit notamment de la microscopie à deux photons, confocale, laser et super-illumination ou SIM. Dans les études précédentes, les images des épines dendritiques étaient principalement étudiées en projection 2D.
Les scientifiques ont noté que la recherche de l'approche de clusterisation dans l'analyse des épines dendritiques en est encore à un stade précoce, mais est une approche très perspective qui sera développée par les scientifiques dans un proche avenir. «La taille des épines dendritiques est très petite et comparable à la résolution d'un microscope confocal. Nous devons obtenir des images 3D de haute qualité pour définir les paramètres morphologiques clés qui nous permettront de collecter des données importantes sur les modifications des épines dendritiques. être capable d'appliquer différents algorithmes de la classification et de comparer les résultats », – a noté Ekaterina Pchitskaya.
La source:
Université polytechnique de Saint-Pétersbourg Pierre le Grand
Référence du journal:
Pchitskaya, E., et coll. (2020) Analyse de la forme des épines dendritiques – Classification ou clusterisation? Perspective. Frontiers in Synaptic Neuroscience. doi.org/10.3389/fnsyn.2020.00031.
