La structure du cerveau a des caractéristiques en forme de colonne, qui sont supposées provenir de cellules nerveuses (neurones) issues de la même cellule mère, formant initialement des unités radiales. Cependant, comment exactement ce processus se déroule au niveau moléculaire reste inexpliqué. Maintenant, un aperçu important vient de Makoto Sato et de ses collègues de l'Université de Kanazawa qui montrent comment, dans le cerveau de la mouche, un gène connu sous le nom de Dscam régule la façon dont les neurones d'une lignée se repoussent et projettent leurs axones sur différentes colonnes. (Les axones ou fibres nerveuses sont de longues protubérances de cellules nerveuses, dont la fonction est de conduire les signaux électriques.) Cette découverte corrobore l'hypothèse d'unité radiale, le mécanisme en jeu étant la répulsion liée à la lignée entre les neurones frères.
Les chercheurs ont d'abord examiné l'évolution de la croissance des neurones dans la moelle épinière, une partie du système visuel de la mouche présentant une structure en colonne. Son développement est similaire à celui du cortex cérébral dans le cerveau des mammifères; il implique des neuroblastes (cellules de type souches neurales) qui produisent des groupes de neurones orientés radialement et clonaux. Sato et ses collègues ont enregistré les distances entre les neurones sœurs (c'est-à-dire les neurones issus du même neuroblaste et formant une unité radiale) et entre les paires d'axones. À partir des données de distance obtenues, les scientifiques ont pu conclure que les neurones soeurs se repoussent souvent – cette observation est cohérente avec la formation de colonnes. Sato et ses collègues appellent ce processus «répulsion liée à la lignée».
Le mécanisme qui permet la répulsion dépendante de la lignée doit résider dans les neurones filles dérivés du même neuroblaste «se souvenant» de l'identité de leur neuroblaste mère commune. Sato et ses collègues expliquent que la protéine Dscam1 est impliquée. Dscam1 peut développer près de 20000 variantes, mais lorsque deux molécules Dscam1 identiques se lient, elles conduisent à un signal répulsif connu pour contrôler l'auto-évitement dans certains processus dendritiques – les dendrites sont des extensions en forme de branche de cellules nerveuses. Le raisonnement est alors que les neurones filles issus du même neuroblaste produisent le même variant Dscam1, et donc se repoussent, alors que les neurones de différentes lignées expriment différentes variantes Dscam1 qui ne se repoussent pas et peuvent se projeter dans la même colonne.
Les scientifiques ont pu étayer leur argumentation par une série d'expériences confirmant la relation entre Dscam1 et la répulsion liée à la lignée. Sato et ses collègues notent que « le mécanisme que nous proposons … est très simple », et ajoutent qu'il sera « intéressant de déterminer si des mécanismes similaires existent dans d'autres systèmes biologiques, y compris la formation de colonnes dans le cerveau des mammifères ».
La source:
Référence du journal:
Liu, C., et coll. (2020) Dscam1 établit les unités colonnaires par répulsion dépendante de la lignée entre les neurones soeurs dans le cerveau de la mouche. Communications de la nature. doi.org/10.1038/s41467-020-17931-w.
