Des chercheuses et des chercheurs découvrent comment les protéines Spire et Rab11 travaillent ensemble pour déclencher la formation de nouvelles ramifications de neurones, mettant ainsi au jour un mécanisme clé quant à la manière dont le câblage du cerveau se forme.
SOURCE : L'Institut
Le 13 novembre 2025
Pour que le cerveau fonctionne adéquatement, les neurones doivent former des réseaux complexes en établissant des connexions précises, ou des synapses, avec les dendrites d'autres neurones. Les modèles de ramification dendritique déterminent la manière dont chaque neurone reçoit et intègre l'information. Comme ces ramifications sont essentielles à la communication neuronale, des maladies neurodégénératives ou des troubles du développement sont liés à des perturbations dans le processus. Toutefois, on ignorait comment de nouvelles ramifications dendritiques se forment au bon moment, au bon endroit.
Les résultats d'une nouvelle étude, publiés dans Development, par des scientifiques de L'Institut de recherche du Centre universitaire de santé McGill (L'Institut) ont révélé l'existence d'une pièce importante de ce puzzle : deux protéines, Spire et Rab11, travaillent ensemble pour stimuler la croissance de nouvelles ramifications dendritiques.
Dirigée par Don van Meyel, Ph. D., scientifique senior au sein du Programme en réparation du cerveau et en neurosciences intégratives à L'Institut, l'équipe de chercheuses et de chercheurs a démontré comment les protéines Spire et Rab11 coopèrent pour façonner l'architecture des dendrites. En découvrant comment ces protéines agissent ensemble pour stimuler la formation des ramifications, l'étude propose un éclairage nouveau sur la manière dont les circuits neuronaux se développent et s'adaptent.
Observation des neurones en train de se construire eux-mêmes
Ayant recours à l'imagerie en temps réel de neurones d'insectes, les chercheuses et les chercheurs ont observé la protéine Spire en train de s'accumuler sur des sites où de nouvelles ramifications étaient sur le point de se former, déclenchant ainsi une poussée de croissance de filaments d'actine stimulant la protrusion d'une nouvelle ramification dendritique. La protéine Rab11, qui régule le transport de substances à l'intérieur des cellules, était aussi présente sur ces sites, donnant ainsi à penser que cette activité de transport contribue à la livraison des composantes nécessaires à la croissance des ramifications. Ensemble, les deux protéines susmentionnées établissent un lien entre le système de transport interne des neurones et sa « machinerie structurale », coordonnant l'approvisionnement en substances et en forces nécessaires pour construire de nouvelles ramifications dendritiques.
Pour lever le voile sur le mécanisme de ramification dendritique, l'équipe de chercheuses et de chercheurs a combiné des approches utilisées en génétique, en biochimie et en imagerie. Elle a réalisé des versions mutantes marquées par fluorescence de la protéine Spire dans des neurones sensoriels de drosophiles, ce qui lui a permis de suivre ses mouvements précis pendant la formation des ramifications. Grâce à la microscopie confocale à haute résolution, l'équipe a observé des poussées d'assemblage de filaments d'actine coïncidant avec l'apparition de la protéine Spire sur les sites où commençait la ramification. Les chercheuses et les chercheurs ont aussi démontré que chaque domaine de la protéine Spire est essentiel au développement dendritique normal; ils ont insisté sur la finesse des interactions de la protéine Spire avec la protéine Rab11, avec l'actine et peut-être avec d'autres partenaires cellulaires.
« Il a fallu beaucoup de patience pour arriver à observer les événements décrits dans notre étude — nous avons dû raffiner notre approche à multiples reprises, a expliqué Deirdre Hatton, M. Sc., copremière auteure et étudiante de cycle supérieur, qui travaillait au laboratoire du professeur van Meyel à l'époque de la réalisation des travaux commentés ici. Chaque expérience nous a rapprochés un peu plus de notre objectif, jusqu'à ce que nous puissions enfin observer le mécanisme se dérouler sous nos yeux. Cette tâche a comporté des défis, mais cela a été extrêmement satisfaisant d'ajouter une nouvelle pièce à la grande histoire de la formation des neurones. »
« Les changements à l'intérieur d'un neurone se produisent très rapidement et très subtilement — ce qui a rendu ce travail tellement enthousiasmant est le fait que nous avons pu observer le réseau d'actine prendre vie, alors qu'un neurone commençait tout juste à faire pousser une nouvelle ramification, a poursuivi Claire Marquilly, Ph. D., copremière auteure et ancienne stagiaire travaillant sous la direction du professeur van Meyel. L'observation de la manière dont les protéines Spire et Rab11 travaillaient en temps réel nous a aidés à établir un lien entre deux systèmes qui font habituellement partie de deux mondes distincts — le transport à l'intérieur des cellules et son cadre structural. »
Imagerie avancée à L'Institut
La découverte présentée ici a été rendue possible grâce au soutien de la Plateforme d'imagerie moléculaire, où des outils de microscopie avancés et le soutien d'expertes et d'experts permettent aux chercheuses et aux chercheurs de visualiser des systèmes vivants avec une résolution extraordinaire. Les spécialistes Min Fu, Ph. D. et Shi Bo Feng, M. Sc., ont mis à la disposition de l'équipe le savoir-faire et l'expérience qui ont permis de se concentrer sur le rôle de la protéine Spire. La plateforme est l'une des installations des plateformes technologiques de L'Institut qui permettent aux scientifiques d'avoir accès à de l'équipement de pointe et aux conseils d'expertes et d'experts, accélérant ainsi les découvertes qui font avancer la recherche en santé.
Perspectives d'avenir
Les chercheuses et les chercheurs projettent d'explorer la manière dont les protéines Spire et Rab11 interagissent avec d'autres protéines qui régulent le cytosquelette d'actine; ils comptent aussi déterminer si des mécanismes similaires façonnent la croissance dendritique dans les neurones des mammifères.
« Les travaux dont il est ici question nous rappellent que nous en avons encore beaucoup à apprendre sur la manière dont les neurones se forment et maintiennent leurs connexions, a conclu le professeur van Meyel. Chaque nouvelle pièce du puzzle nous rapproche de la compréhension de la manière dont le cerveau se développe, s'adapte et se répare lui-même. »
Les travaux de recherche ont bénéficié du soutien des Instituts de recherche en santé du Canada, des U.S. National Institutes of Health (de la collaboratrice Margot Quinlan, Ph. D., University of California, Los Angeles) et de bourses d'études octroyées par L'Institut et par l'Université McGill.
À propos de la publication
Hatton D., Marquilly C., Hanrahan C., Ferreira T., Ou Y., Cinq-Mars L., Silkworth W., Bailey H.M., Quinlan M.E., van Meyel D.J., Nascent dendrite branches initiated by a localized burst of Spire-dependent actin polymerization. Development. 15 septembre 2025. 152(18) : dev204786.
Système DOI: 10.1242/dev.204786
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