Publié le 14 janvier 2024 à 20h58. Des chercheurs de l’Université d’État de l’Ohio ont identifié un mécanisme moléculaire crucial qui explique comment les neurones établissent des connexions précises dans le cerveau, ouvrant de nouvelles perspectives pour comprendre et traiter les troubles neurologiques et psychiatriques.
- Une équipe de l’Université d’État de l’Ohio a découvert un système de « poignée de main » moléculaire qui permet aux neurones de se reconnaître et de se connecter correctement.
- Cette découverte porte sur l’interaction entre les protéines qui forment les synapses, les points de contact entre les neurones.
- Les résultats de l’étude, publiés dans le Journal of Neuroscience, pourraient avoir des implications importantes pour le traitement de maladies comme l’épilepsie, l’autisme, la schizophrénie et la dépression.
Comment le cerveau parvient-il à connecter des milliards de cellules avec une précision remarquable, sans erreurs de câblage, afin de permettre la pensée, le mouvement et la perception du monde ? C’est la question à laquelle tente de répondre une équipe de chercheurs de l’Université d’État de l’Ohio. Leur récente découverte met en lumière un mécanisme moléculaire clé qui explique comment deux types spécifiques de neurones établissent des contacts précis entre eux.
Cette avancée, publiée dans le Journal of Neuroscience, ouvre de nouvelles voies pour la compréhension des troubles neurologiques et psychiatriques associés à des défaillances de la connectivité cérébrale.
En termes simples, les chercheurs décrivent un système comparable à une « poignée de main » moléculaire, une sorte de code biologique qui permet à une cellule de reconnaître exactement l’autre avant de se connecter. Lorsque cette reconnaissance fonctionne correctement, les circuits cérébraux s’organisent de manière ordonnée ; en cas d’échec, l’équilibre du système peut être perturbé.
L’étude se concentre sur l’interaction entre les protéines qui permettent la formation des synapses, ces points de contact essentiels entre les neurones. Selon Yasufumi Hayano, auteur principal de la recherche,
« Ces interneurones inhibiteurs façonnent et équilibrent l’activité du circuit local ; ils sont des modulateurs et des coordinateurs, les chefs d’orchestre. »
Yasufumi Hayano, auteur principal de la recherche
Les protagonistes de cette découverte sont les cellules dites de lustre, un type particulier d’interneurones inhibiteurs. Bien que peu nombreuses, elles jouent un rôle déterminant : elles contrôlent l’activité des neurones pyramidaux, responsables de la transmission des signaux excitateurs et constituant l’un des principaux canaux d’information dans le cerveau.
Une façon simple d’imaginer ce processus est de penser à une ville : les neurones pyramidaux seraient les grandes avenues par lesquelles circule le trafic principal, tandis que les cellules de lustre agiraient comme des feux de circulation qui régulent le flux pour éviter les collisions et les embouteillages. Sans ce contrôle précis, le système perd sa stabilité.
L’avancée majeure de l’équipe de l’Ohio State University réside dans l’identification de la manière dont les cellules de lustre parviennent toujours à se connecter à un point très précis des neurones pyramidaux : le segment initial de l’axone, une région clé pour déterminer si le neurone est activé ou non.
Ce contact se produit grâce à l’action conjointe de trois protéines qui fonctionnent comme un système « serrure et clé ». La gliomédine, présente dans les cellules de lustre, envoie le signal approprié ; la CNTNAP4, à la surface cellulaire, le reconnaît ; et la Neurofascine-186, située dans l’axone, indique l’endroit précis où la rencontre doit avoir lieu. Ce n’est que lorsque ces trois éléments s’emboîtent que la connexion se forme de manière stable.
Dans des expériences menées sur des souris, les scientifiques ont observé qu’en supprimant le gène de la gliomédine, les cellules de lustre perdaient la capacité de former des connexions efficaces avec les neurones pyramidaux. C’est comme si l’une des pièces de la « poignée de main » disparaissait : l’identification échoue et la connexion ne s’établit pas correctement. L’université a souligné que la reconnaissance mutuelle entre ces trois molécules est essentielle au bon développement des circuits neuronaux inhibiteurs.
L’influence disproportionnée exercée par les cellules de lustre est particulièrement frappante. Bien qu’elles soient peu nombreuses, elles agissent comme de véritables régulateurs du trafic cérébral : elles ajustent le moment et la manière dont les neurones pyramidaux sont activés, maintiennent l’équilibre entre excitation et inhibition et préviennent les déséquilibres qui pourraient affecter le fonctionnement normal du cerveau.
Lorsque cet équilibre est rompu, divers troubles peuvent apparaître. Selon l’Université d’État de l’Ohio, des altérations de cette « poignée de main » moléculaire ont été associées à l’épilepsie, à l’autisme, à la schizophrénie et à la dépression. Dans tous ces cas, la perte de coordination entre les interneurones inhibiteurs et les neurones pyramidaux apparaît comme un facteur commun.
Comprendre plus en détail le fonctionnement de ce mécanisme permet d’étudier non seulement ce qui ne va pas dans ces conditions, mais aussi les domaines dans lesquels une intervention pourrait être effectuée. Hiroki Taniguchi, chercheur principal de l’étude, a souligné le potentiel thérapeutique de cette découverte. Pour les spécialistes, savoir comment ces contacts spécifiques se forment peut faciliter le développement de traitements visant à restaurer les circuits cérébraux altérés.
Les résultats renforcent l’importance des protéines gliomédine, CNTNAP4 et Neurofascin-186 dans l’établissement de connexions précises au sein du cerveau. Sur la base de ces résultats, l’équipe estime qu’il est possible que de futures recherches puissent identifier de nouvelles cibles thérapeutiques pour des pathologies neurologiques complexes.
Comprendre comment le cerveau établit ce type d’« accords » moléculaires est une première étape essentielle pour concevoir des stratégies permettant de corriger les échecs de connectivité, un aspect central de nombreuses maladies qui affectent le fonctionnement cérébral.
