Les scientifiques ont réalisé une avancée majeure dans les neurosciences du développement, en créant le tout premier atlas détaillé de la croissance du réseau vasculaire du cerveau d'une souris après la naissance. Leur étude est publiée dans Cell.
Codirigée par Alexandre Dubrac, chercheur au Centre de recherche Azrieli du CHU Sainte‑Justine et professeur à l'Université de Montréal, l'étude a été réalisée en étroite collaboration avec le laboratoire de Nicolas Renier de l'Institut du cerveau de Paris.
Cela révèle que les vaisseaux sanguins du cerveau ne se développent pas simplement en parallèle avec les neurones.
Au lieu de cela, leur croissance suit une trajectoire dynamique à plusieurs phases qui varie selon les régions du cerveau et est étroitement liée à la maturation des circuits neuronaux, conférant aux vaisseaux sanguins un rôle actif dans la construction du cerveau après la naissance.
« Nous savions que les neurones subissent des changements importants après la naissance, mais nous comprenions beaucoup moins comment les vaisseaux sanguins s'adaptent à ces transformations », a déclaré Mathilde Bizou, co-auteure de l'étude et doctorante au laboratoire de Dubrac.
« Cet atlas offre enfin une vision globale de cette dynamique essentielle. »
Sommaire
Un réseau vital mais encore mystérieux
Bien qu'il ne représente qu'une petite fraction du poids corporel, le cerveau consomme à lui seul environ 20 pour cent de l'oxygène et de l'énergie disponibles dans le corps. Répondre à cette forte demande dépend d’un réseau dense et finement organisé de vaisseaux sanguins chargés de fournir de l’oxygène et des nutriments aux neurones.
A la naissance, ce réseau vasculaire est encore immature. Pourtant, c’est précisément après la naissance que le cerveau subit des transformations majeures : il se développe rapidement, les circuits neuronaux s’affinent et certaines régions se spécialisent en fonction de l’expérience sensorielle et des apports environnementaux.
Jusqu’à présent, les chercheurs disposaient d’outils très limités pour suivre, au fil du temps et dans l’ensemble du cerveau, la façon dont les vaisseaux sanguins s’adaptent à ces changements.
« Nous disposions de cartes très détaillées du cerveau adulte, mais beaucoup moins d'informations sur la façon dont le réseau vasculaire est établi après la naissance », a déclaré Dubrac. « C'était un peu comme essayer de comprendre le fonctionnement d'une ville sans avoir accès à sa feuille de route. »
Pour combler cette lacune, l'équipe de Renier a développé un atlas tridimensionnel basé sur un modèle de souris, leur permettant de suivre, avec une précision spatio-temporelle sans précédent, le développement du réseau vasculaire depuis la naissance jusqu'à l'âge adulte.
De son côté, l'équipe de Dubrac a généré et intégré des données transcriptomiques spatio-temporelles, permettant de relier l'architecture vasculaire à des programmes moléculaires dynamiques.
En combinant ces expertises complémentaires, l’étude reconstruit l’ensemble du réseau vasculaire cérébral et analyse son évolution dans le temps, tant structurellement que moléculairement.
Trois grandes phases de développement
L'une des principales contributions de l'étude est l'identification de trois phases successives dans le développement des vaisseaux sanguins postnatals.
La première phase correspond à une croissance coordonnée, au cours de laquelle le réseau vasculaire et le cerveau augmentent de taille de manière relativement proportionnelle. Cette étape garantit une perfusion de base adéquate pendant les premiers jours de la vie, comparable aux derniers mois du développement fœtal humain.
La deuxième phase marque un changement majeur. Durant cette période, les vaisseaux sanguins croissent plus vite que le cerveau lui-même, entraînant une forte densification du réseau vasculaire. Cette étape, qui peut correspondre à la petite enfance et à l'âge scolaire chez l'homme, coïncide avec les « périodes critiques » du développement cérébral, où les circuits neuronaux se forment, s'affinent et se spécialisent, notamment en réponse à l'activité sensorielle.
Enfin, une troisième phase correspond à une période de stabilisation et d'affinement du réseau vasculaire, qui pourrait être associée à l'adolescence. Durant cette étape, l’architecture vasculaire atteint une organisation plus mature tout en conservant une certaine capacité de remodelage.
Vascularisation non uniforme
L’étude montre que le développement du réseau vasculaire n’est pas uniforme dans tout le cerveau.
Ces différences ne s’expliquent pas uniquement par une augmentation générale de l’activité neuronale, mais plutôt par le fait que certaines régions du cerveau émettent des signaux spécifiques qui influencent directement la poursuite ou l’arrêt de la croissance des vaisseaux sanguins.
En croisant les cartes de densité vasculaire avec les profils d'expression des gènes, les chercheurs ont découvert que ces signaux agissent comme de véritables signaux d'orientation du réseau vasculaire, indiquant où et dans quelle mesure il doit continuer à se développer.
Lorsque ces voies de signalisation sont perturbées, les vaisseaux sanguins perdent leur guidage, se désorganisent et se développent de manière aberrante.
Ces résultats démontrent que le réseau vasculaire ne fonctionne pas simplement passivement accompagner le développement du cerveau ; cela dépend étroitement de la communication avec les neurones, disent les scientifiques.
Cette interaction est particulièrement critique au cours de la deuxième phase du développement postnatal, période où l'activité neuronale s'intensifie et où la coordination étroite entre les deux systèmes devient décisive pour l'organisation fine du cerveau.
Sonder les troubles et les maladies de l'enfance
Au-delà de son apport fondamental, l'atlas constitue un point de départ essentiel pour étudier divers troubles, dont l'autisme, ainsi que certaines maladies cérébrovasculaires apparaissant ou prenant naissance pendant l'enfance, estiment les chercheurs.
« Disposer d'une carte de référence du développement normal nous permettra désormais de comparer ce qui se passe lorsque ce processus est perturbé », a déclaré Dubrac.
« Nous serons en mesure de mieux comprendre si et comment une inadéquation entre le développement neuronal et la vascularisation contribue à la vulnérabilité de régions spécifiques du cerveau. »
Il a soutenu que le cerveau en développement devrait désormais être considéré comme un système profondément neurovasculaire, dans lequel les vaisseaux sanguins jouent un rôle actif dans la santé du cerveau, au même titre que les neurones eux-mêmes.
