Les cellules nerveuses ont besoin de beaucoup d’énergie et d’oxygène. Ils reçoivent les deux par le sang. C’est pourquoi le tissu nerveux est généralement sillonné par un grand nombre de vaisseaux sanguins. Mais qu’est-ce qui empêche les neurones et les cellules vasculaires de se gêner pendant leur croissance ? Des chercheurs des universités de Heidelberg et de Bonn, en collaboration avec des partenaires internationaux, ont identifié un mécanisme qui s’en occupe. Les résultats sont maintenant parus dans la revue Neurone.
Les cellules nerveuses sont extrêmement affamées. Environ une calorie sur cinq que nous consommons par la nourriture va à notre cerveau. En effet, la génération d’impulsions de tension (les potentiels d’action) et leur transmission entre les neurones consomment beaucoup d’énergie. Pour cette raison, le tissu nerveux est généralement sillonné par de nombreux vaisseaux sanguins. Ils assurent un apport en nutriments et en oxygène.
Au cours du développement embryonnaire, un grand nombre de vaisseaux naissent dans le cerveau et la moelle épinière, mais aussi dans la rétine de l’œil. De plus, des masses de neurones s’y forment, qui se mettent en réseau les unes avec les autres et avec des structures telles que les muscles et les organes. Les deux processus doivent être respectueux l’un de l’autre afin de ne pas se gêner l’un l’autre. « Nous avons identifié un nouveau mécanisme qui garantit cela », explique le professeur Carmen Ruiz de Almodóvar, membre du cluster d’excellence ImmunoSensation2 et du domaine de recherche transdisciplinaire Life & Health de l’Université de Bonn.
La chercheuse a rejoint l’Institut de biologie cellulaire neurovasculaire de l’hôpital universitaire de Bonn au début de 2022. Depuis ce printemps, elle détient l’une des chaires Schlegel spécialement établies, avec lesquelles l’université vise à attirer des chercheurs exceptionnels à Bonn. Cependant, la plupart des recherches étaient encore effectuées sur son ancien lieu de travail, le Centre européen d’angioscience de la faculté de médecine de Mannheim, qui fait partie de l’Université de Heidelberg. Les travaux ont ensuite été achevés à l’Université de Bonn. Dans son étude, elle et ses partenaires internationaux ont examiné de près la formation de vaisseaux sanguins dans la moelle épinière de souris.
Pause de croissance dans la colonne vertébrale
« L’apparition de vaisseaux sanguins dans la moelle épinière commence chez les animaux environ 8,5 jours après la fécondation », dit-elle. « Entre les jours 10,5 et 12,5, cependant, les vaisseaux sanguins ne se développent pas dans toutes les directions. Ceci malgré le fait que de grandes quantités de molécules favorisant la croissance sont présentes dans leur environnement pendant cette période. Au lieu de cela, pendant cette période, de nombreuses cellules nerveuses – les neurones moteurs – migrent de leur lieu d’origine dans la moelle épinière vers leur position finale. Là, ils forment alors des extensions appelées axones qui mènent de la colonne vertébrale aux différents muscles de ciblage.
Cela signifie que les motoneurones s’auto-organisent et se développent au moment où les vaisseaux sanguins ne se développent pas vers eux. Ce n’est qu’après que les vaisseaux recommencent à germer. « Le tout ressemble à une danse soigneusement chorégraphiée », explique José Ricardo Vieira. Le doctorant du groupe de recherche de Ruiz de Almodóvar a fait une grande partie du travail dans l’étude. « Dans ce cadre, chaque partenaire veille à ne pas gêner l’autre. »
Mais comment cette danse est-elle coordonnée ? Apparemment, par les motoneurones criant un message « stop, maintenant c’est mon tour » aux cellules vasculaires. Pour ce faire, ils utilisent une protéine qu’ils libèrent dans leur environnement, la sémaphorine 3C (Sema3C). Il diffuse vers les cellules vasculaires et s’y arrime à un récepteur appelé PlexinD1 – en un sens, c’est l’oreille à laquelle le message moléculaire est destiné.
Les cellules vasculaires assourdies se développent de manière incontrôlable
Lorsque nous arrêtons la production de Sema3C dans les neurones chez la souris, des vaisseaux sanguins se forment prématurément dans la région où se trouvent ces neurones. Cela empêche les axones des neurones de se développer correctement – ils en sont empêchés par les vaisseaux. »
Prof. Dr. Carmen Ruiz de Almodóvar, Université de Bonn
Les chercheurs ont obtenu un effet similaire lorsqu’ils ont stoppé expérimentalement la formation de PlexinD1 dans les cellules vasculaires : celles-ci étant désormais sourdes au signal Sema3C des neurones, elles n’ont pas cessé de croître mais ont continué à germer.
Les résultats documentent l’importance du fonctionnement coordonné des deux processus au cours du développement embryonnaire. Ces découvertes pourraient également contribuer à une meilleure compréhension de certaines maladies, telles que les anomalies rétiniennes causées par une croissance vasculaire forte et incontrôlée. L’utilisation du mécanisme nouvellement découvert peut également potentiellement aider à régénérer les zones cérébrales détruites, par exemple après une lésion de la moelle épinière, à long terme.
Institutions participantes et financement :
Outre l’Université de Heidelberg et sa faculté de médecine de Mannheim, l’hôpital universitaire de Bonn et l’université de Bonn, l’Institut scientifique San Raffaele de Milan, l’University College de Londres et le Centre allemand des maladies neurodégénératives de Bonn ont participé à l’étude. Le travail a été soutenu financièrement par la Fondation allemande pour la recherche (DFG) et le Conseil européen de la recherche (ERC).
