Une nouvelle étude sur le développement du cerveau chez la souris peu après la naissance pourrait fournir des informations sur la manière dont les événements de la petite enfance peuvent affecter les schémas de câblage dans le cerveau qui se manifestent par une maladie plus tard dans la vie, en particulier des troubles tels que la schizophrénie, l’épilepsie et l’autisme.
Les chercheurs se sont concentrés sur deux types de cellules cérébrales qui ont été liées à des troubles neurologiques chez l’adulte : les neurones d’un système de modulation niché profondément dans le cerveau et d’autres neurones dans le cortex, la couche la plus externe du cerveau, qui neutralisent l’excitation dans d’autres cellules en utilisant des effets inhibiteurs. Les cellules modulatrices envoient des câbles à longue portée au cortex pour influencer à distance l’activité des cellules corticales.
L’étude est la première à montrer que ces deux types de cellules communiquent très tôt dans le développement du cerveau. Un produit chimique libéré par les cellules modulatrices initie la ramification, ou l’arborisation, des axones, les extensions longues et minces des corps des cellules nerveuses qui transmettent les messages, sur les cellules corticales – et cette arborisation dicte l’efficacité des cellules du cortex à faire leur travail.
Bien qu’il reste encore beaucoup à apprendre sur l’impact de cette interaction cellulaire dans le cerveau postnatal, les chercheurs ont déclaré que l’étude ouvre la porte à une meilleure compréhension de la façon dont les maladies neurologiques chez les adultes peuvent être liées aux événements de la petite enfance.
“On sait que des expériences anormales au début de la vie peuvent avoir un impact sur les sensations et le comportement futurs des enfants. Cette découverte peut aider à expliquer ce type de mécanisme”, a déclaré Hiroki Taniguchi, professeur agrégé de pathologie à l’Ohio State University College of Medicine et auteur principal de l’étude. étude.
“Cette étude fournit de nouvelles informations sur le développement du cerveau et la pathologie cérébrale. Il est possible qu’au cours du développement, en fonction des expériences des animaux, cette activité du système de modulation puisse être modifiée et, par conséquent, le câblage du circuit cortical puisse être modifié.”
Taniguchi a terminé le travail avec les co-auteurs André Steinecke et McLean Bolton alors qu’il était chercheur au Max Planck Florida Institute for Neuroscience.
La recherche est publiée aujourd’hui (9 mars 2022) dans la revue Avancées scientifiques.
L’étude portait sur des cellules lustres, un type de neurones inhibiteurs dans la section corticale du cerveau, et des neurones du système cholinergique — l’un des systèmes qui surveillent l’environnement et l’état interne, et envoient des signaux au reste du cerveau pour déclencher la mémoire et les comportements appropriés.
“Ces deux types de cellules ont été étudiés séparément dans le contexte des fonctions ou des modulations adultes jusqu’à présent. Le rôle développemental des neurones cholinergiques dans le câblage cérébral reste mal compris”, a déclaré Taniguchi.
Les cellules de lustre portent le nom de la pulvérisation de synapses transmettant le signal (appelées cartouches synaptiques) aux extrémités des branches qui ressemblent aux bougies d’un lustre traditionnel, un motif qui leur donne un contrôle inhibiteur sur des centaines de cellules à la fois.
“Ces cellules ont un contrôle de sortie”, a déclaré Steinecke, premier auteur de l’étude qui travaille actuellement chez Neuway Pharma en Allemagne. “Les cellules chandelier peuvent freiner les cellules excitatrices et leur dire qu’elles ne sont pas prêtes à se déclencher. En tant que cellules inhibitrices, les cellules chandelier sont censées réguler les vagues de déclenchement – ce qui est important, car les ondes contiennent des informations qui sont transmises sur de grandes distances. distances du cerveau.”
Des études post-mortem antérieures ont montré que les terminaisons synaptiques situées à l’extrémité des axones des cellules lustres semblent être réduites dans le cerveau des patients atteints de schizophrénie.
“Cette” tonnelle “axonale réduite suggère qu’ils n’établissent pas autant de connexions avec les cibles en aval, et les connexions elles-mêmes sont également modifiées et ne fonctionnent pas très bien”, a déclaré Steinecke.
L’équipe a utilisé deux techniques pour observer les cellules lustres au cours du développement cérébral précoce chez la souris : le ciblage génétique et l’utilisation d’un colorant pour marquer et détecter les cellules qui se différencient en cellules lustres, et la transplantation de cellules génétiquement manipulées chez des animaux peu après la naissance.
“Cela nous a permis d’observer le développement du cerveau au fur et à mesure qu’il se produit et de manipuler les conditions pour tester quels sont les mécanismes”, a déclaré Taniguchi.
Les chercheurs ont d’abord observé comment les axones des cellules lustres développaient leurs structures de ramification, notant que de petites saillies émergeant des axones étaient les premiers signes que des branches germeraient. Et ils ont identifié le produit chimique nécessaire pour démarrer ce processus de germination – le neurotransmetteur acétylcholine, qui est libéré par les cellules du système cholinergique.
L’interaction entre les types de cellules distants a été confirmée par une série d’expériences : l’élimination des récepteurs qui se lient à l’acétylcholine et la diminution de l’activité des neurones cholinergiques ont réduit le développement des branches, et le fait de rendre les neurones cholinergiques plus susceptibles de se déclencher a conduit à une ramification plus étendue.
“La clé est que nous ne savions pas auparavant comment les systèmes neuromodulateurs régulent les circuits corticaux – et les deux ont été impliqués dans les maladies du cerveau”, a déclaré Taniguchi. “Maintenant que nous avons découvert que les neurones cholinergiques pouvaient avoir un impact à distance sur le développement des circuits corticaux, en particulier les signaux inhibiteurs corticaux, la question est de savoir quel type d’environnement ou d’état émotionnel de changement peut avoir un impact sur le développement des inhibiteurs corticaux ? Nous voudrons peut-être voir si nous pouvons trouver un lien comme prochaine étape.”
Ce travail a été soutenu par un financement de la Max Planck Society et de la Brain Behavior and Research Foundation.
