Une équipe dirigée par un scientifique biomédical de l'Université de Californie, Riverside a découvert un nouveau mécanisme responsable du développement anormal des connexions neuronales dans le cerveau de la souris qui conduit à des convulsions et à des comportements sociaux anormaux.
Les chercheurs se sont concentrés sur la zone du cerveau appelée hippocampe, qui joue un rôle important dans l'apprentissage et les interactions sociales; et les synapses, qui sont des contacts spécialisés entre neurones.
Chaque neurone du cerveau reçoit de nombreuses entrées synaptiques excitatrices et inhibitrices. L'équilibre entre l'excitation et l'inhibition dans les circuits neuronaux, connu sous le nom d'équilibre E / I et considéré comme essentiel pour le fonctionnement et la stabilité des circuits et important pour le traitement de l'information dans le système nerveux central, peut jouer un rôle dans la cause de nombreux troubles neurologiques, y compris l'épilepsie, trouble du spectre autistique et schizophrénie.
Les chercheurs se sont également concentrés sur une protéine appelée éphrine-B1, qui enjambe la membrane entourant la cellule et joue un rôle dans le maintien du système nerveux. Le but de leur étude était de déterminer si la suppression ou la surproduction d'éphrine-B1 dans les astrocytes – cellules gliales du cerveau qui régulent les connexions synaptiques entre les neurones – affecte la formation et la maturation des synapses dans l'hippocampe en développement et altère le E / J'équilibre, conduisant à des déficits comportementaux.
«Nous avons constaté que les changements de l'équilibre E / I sont régulés par les astrocytes dans le cerveau en développement grâce à la protéine éphrine», a déclaré Iryna Ethell, professeur de sciences biomédicales à la faculté de médecine UCR qui a dirigé l'étude sur la souris. « De plus, l'éphrine-B1 astrocytaire est liée au développement de réseaux inhibiteurs dans l'hippocampe pendant une période de développement critique, ce qui est une découverte nouvelle et inattendue. Plus précisément, nous montrons que la perte d'éphrine-B1 astrocytaire fait basculer l'équilibre E / I en faveur de l'excitation en réduisant l'inhibition, qui hyperactive alors les circuits neuronaux. Cette hyperactivité se manifeste par une sociabilité réduite chez les souris et suggère qu'elles peuvent servir de nouveau modèle pour étudier les troubles du spectre autistique. «
Les résultats, publiés dans le Journal of Neuroscience, peut approfondir la compréhension des scientifiques des mécanismes qui conduisent à des troubles du développement neurologique, permettant aux chercheurs de découvrir de nouvelles interventions pour traiter ces troubles en ciblant les astrocytes au cours d'une période de développement spécifique.
Ethell a expliqué que les dysfonctionnements des astrocytes sont également liés à des pathologies synaptiques associées à des troubles neurodéveloppementaux et à des maladies neurodégénératives telles que la maladie d'Alzheimer où un dysfonctionnement précoce des connexions synaptiques peut également entraîner une perte de neurones.
La manière exacte dont les astrocytes utilisent la protéine éphrine pour contrôler le développement des réseaux neuronaux reste à explorer dans les études futures. Nos résultats ouvrent une nouvelle enquête sur les applications cliniques futures, car une inhibition altérée a été liée à plusieurs troubles du développement, notamment l'autisme et l'épilepsie. «
Iryna Ethell, professeure de sciences biomédicales, École de médecine UCR
Le rapport est le premier à établir un lien entre les astrocytes et le développement de l'équilibre E / I dans l'hippocampe de la souris au début du développement postnatal.
« Nous fournissons de nouvelles preuves que les différents niveaux d'éphrine-B1 dans les astrocytes influencent à la fois les synapses excitatrices et inhibitrices pendant le développement et contribuent à la formation de réseaux neuronaux dans le cerveau et les comportements associés », a déclaré Ethell.
Elle a expliqué que les synapses sont des éléments constitutifs des réseaux neuronaux et fonctionnent comme des unités fondamentales de traitement de l'information dans le cerveau. Les synapses excitatrices sont des connexions cellule-cellule qui facilitent l'activité neuronale, a-t-elle déclaré, tandis que les connexions inhibitrices régulent négativement l'activité cérébrale pour coordonner les réponses cérébrales, leur timing et leur spécificité.
« L'hyperactivité des réseaux neuronaux résultant de la perte ou de la fonction altérée des synapses inhibitrices peut entraîner des dysfonctionnements neuronaux et des convulsions », a-t-elle ajouté. « Comme une voiture sans freins, le cerveau sans neurones inhibiteurs ne peut pas fonctionner correctement et devient hyperactif, entraînant une perte de contrôle corporel. »
Ethell a reconnu que des recherches supplémentaires sont nécessaires pour déterminer comment exactement la signalisation de l'éphrine dans les astrocytes modifie les synapses inhibitrices, et en particulier comment les astrocytes peuvent contribuer à ces mécanismes.
« Compte tenu de l'intérêt général et croissant de la recherche pour les mécanismes à médiation astrocytaire qui régulent l'équilibre E / I dans les troubles neurodéveloppementaux, nos résultats établissent une base pour de futures études sur les astrocytes dans des conditions cliniquement pertinentes », a-t-elle déclaré.
La recherche a été financée par une subvention à Ethell des National Institutes of Health.
La source:
Université de Californie – Riverside
Référence du journal:
Nguyen, A.Q., et coll. (2020) L'éphrine-B1 astrocytique contrôle l'équilibre excitateur-inhibiteur dans le développement de l'hippocampe. Journal of Neuroscience. doi.org/10.1523/JNEUROSCI.0413-20.2020.
