Fil d'Ariane

null Quand on a besoin de quelque chose rapidement, on le fait soi-même!

Une nouvelle étude, mené par des chercheurs de l’IR-CUSM, conclut que les connexions synaptiques dans le cerveau peuvent produire elles-mêmes des protéines, en réaction aux périodes d’intense sollicitation

SOURCE : IR-CUSM

Dans une nouvelle étude, publiée récemment dans le journal Neuron, des scientifiques de l’Institut de recherche du Centre universitaire de santé McGill (IR-CUSM) et de l’Université McGill ont élucidé le mécanisme par lequel les neurones créent et utilisent les blocs de construction de protéines dont ils ont besoin pour communiquer les uns avec les autres dans le cerveau.

Sous la direction de Per Jesper Sjöström, des scientifiques travaillant au sein du Programme en réparation du cerveau et en neurosciences intégratives à l’Institut de recherche du Centre universitaire de santé McGill (IR-CUSM) et à l’Université McGill ont découvert une nouvelle manière dont les neurones soutiennent la libération, à haute intensité, de neurotransmetteurs. Cette équipe a découvert que des protéines sont fabriquées localement, sur demande.

Acquisition d’image par microscopie biphotonique à balayage laser après enregistrement électrophysiologique de quatre cellules entières pendant la neurotransmission. Les cellules de couleur différente ont été chargées de manière sélective soit avec un inhibiteur de la synthèse protéique soit avec une solution de contrôle. Sur cette image, les cellules en rouge ont été chargées avec un inhibiteur de l’initiation de la synthèse protéique. Les cellules de couleur turquoise ont été chargées au moyen d’une solution de contrôle interne.
Acquisition d’image par microscopie biphotonique à balayage laser après enregistrement électrophysiologique de quatre cellules entières pendant la neurotransmission. Les cellules de couleur différente ont été chargées de manière sélective soit avec un inhibiteur de la synthèse protéique soit avec une solution de contrôle. Sur cette image, les cellules en rouge ont été chargées avec un inhibiteur de l’initiation de la synthèse protéique. Les cellules de couleur turquoise ont été chargées au moyen d’une solution de contrôle interne. (Photo: Hovy Wong)

Un axone est la fibre qui est le prolongement naturel d’un neurone; il transmet l’information aux autres cellules par l’intermédiaire des connexions synaptiques. On croyait auparavant que les fibres neuronales étaient des intermédiaires passifs, à l’instar de câbles électriques.

« Dans les manuels de cours, on dit que les protéines sont fabriquées dans le corps cellulaire et sont ensuite transportées où l’on a besoin d’elles, explique le professeur Sjöström. Toutefois, les neurones communiquent avec d’autres neurones au moyen de processus qui peuvent se manifester sur une distance de plusieurs centimètres. Lorsque ces processus peuvent se dérouler sur une distance aussi longue, aussi loin du corps cellulaire, comment les neurones libèrent-ils des protéines au bon endroit et au bon moment? C’est la question à laquelle nous avons voulu répondre. »

Les scientifiques qui ont réalisé l’étude commentée ici ont découvert que des protéines sont fabriquées localement dans les axones, afin de stimuler la libération de neurotransmetteurs dans des zones de connexion spécifiques entre les neurones, appelées synapses. En contrôlant l’expression des gènes sur place, le neurone peut rapidement réguler les synapses individuelles. Ces scientifiques ont également conclu que cette régulation est dynamique – la synthèse protéique locale dans les axones ne s’avère nécessaire que durant les périodes où le neurone est très actif.

« Cet aspect d’activité à haute fréquence est particulièrement intéressant, parce qu’on a établi un lien entre les courtes périodes d’activité intense et la formation de souvenirs dans le cerveau, explique Hovy Wong, Ph. D., boursier postdoctoral qui travaille avec le professeur Sjöström. Dans des travaux antérieurs, la régulation de la synthèse protéique impliquée dans la neurotransmission que nous avons découverte était grandement ignorée parce que les chercheuses et les chercheurs se penchaient sur l’activation des connexions synaptiques à basse fréquence. »

Les scientifiques ont également été surpris d’apprendre que la régulation décrite ci-dessus ne se produit que dans certains types de synapses. Elle influe sur l’excitation des cellules excitables, mais non sur l’excitation des cellules inhibitrices. Cela signifie que la synthèse protéique locale qui se produit dans un axone peut opter de manière sélective pour un équilibre entre excitation et inhibition pour assurer la stabilité dans le cerveau.

« La conclusion que nous avons tirée a des implications considérables quant à la compréhension de la manière dont les circuits du cerveau réussissent à établir un équilibre entre excitation et inhibition, ajoute le professeur Sjöström. Ces processus sont souvent défaillants dans les troubles neurologiques comme l’autisme ou la maladie d’Alzheimer. Une meilleure compréhension de ces processus pourrait entraîner des changements importants dans notre conception du rôle des axones dans la santé et dans la maladie. »

Le 8 novembre 2023

À propos de l’étude

Lire la publication Synapse specific burst coding sustained by local axonal translation dans le journal Neuron. Article publié pour la première fois le 8 novembre 2023 par Hovy Ho-Wai Wong, Alanna J. Watt et P. Jesper Sjöström https://doi.org/10.1016/j.neuron.2023.10.011

L’équipe tiennent à remercier de leur appui les responsables du programme Un cerveau sain pour une vie saine et l’IR-CUSM.

Hovy Wong, Ph. D. (à gauche), Alanna Watt, Ph. D. (au centre), Jesper Sjöström, Ph. D. (à droite).
Hovy Wong, Ph. D. (à gauche), Alanna Watt, Ph. D. (au centre), Jesper Sjöström, Ph. D. (à droite).