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Posté par Adrien le Vendredi 22/01/2016 à 00:00
Quand la nanoscopie déchiffre l'organisation moléculaire des neurones
Afin de traiter et transmettre l'information au sein de réseaux, les neurones présentent une organisation polarisée qui dépend d'assemblages moléculaires formant des compartiments distincts au sein de la cellule. La microscopie optique de super-résolution ou "nanoscopie" permet d'observer directement ces assemblages à l'échelle nanométrique pour élucider leur fonction. Une équipe du Centre de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension métonymique, la recherche scientifique désigne également le...) en neurobiologie et neurophysiologie (La neurophysiologie est l'étude des fonctions du système nerveux, reposant sur tous les niveaux de description, du niveau moléculaire jusqu'au niveau le plus intégré des réseaux neuronaux.) de Marseille a utilisé la nanoscopie pour déterminer l'architecture (L’architecture peut se définir comme l’art de bâtir des édifices.) moléculaire du segment initial de l'axone (Un axone ou fibre nerveuse est le prolongement long, mince et cylindrique d'un neurone qui conduit les impulsions électriques en dehors du corps cellulaire. Les axones sont effectivement les principales lignes de transmission du système nerveux....), un compartiment clé pour l'organisation (Une organisation est) et la communication (La communication concerne aussi bien l'homme (communication intra-psychique, interpersonnelle, groupale...) que l'animal (communication intra- ou inter- espèces) ou la machine (télécommunications, nouvelles technologies...),...) des neurones. Ces travaux, publiés dans la revue Cell Reports, apportent des informations d'une précision inégalée sur l'organisation neuronale. Ils ouvrent la voie à une meilleure compréhension des phénomènes de polarité et de transport (Le transport est le fait de porter quelque chose, ou quelqu'un, d'un lieu à un autre, le plus souvent en utilisant des véhicules et des voies de communications (la route, le canal ..). Par...) cellulaires qui sont profondément affectés dans les maladies neurodégénératives comme la maladie (La maladie est une altération des fonctions ou de la santé d'un organisme vivant, animal ou végétal.) d'Alzheimer.


Figure: Image par nanoscopie d'un SIA marqué pour la ßIV-spectrine (en haut à gauche). L'organisation en bandes périodiques est clairement visible, contrairement à l'image de microscopie d'épifluorescence classique (encart) dont la résolution est trop limitée pour distinguer ces bandes. La nanoscopie peut être réalisée en 3D et en 2 couleurs (en bas à gauche), permettant de visualiser des coupes transverses du SIA, par exemple les microtubules à l'intérieur (en vert) entourés par la ßIV-spectrine sous-membranaire (en rose). A droite, schéma en zooms successifs montrant la localisation et l'organisation du SIA à l'échelle moléculaire, avec le complexe sous-membranaire périodique (190 nm) et l'extension de l'ankyrine G (32 nm).
© Christophe Leterrier

Les capacités du cerveau (Le cerveau est le principal organe du système nerveux central des animaux. Le cerveau traite les informations en provenance des sens, contrôle de nombreuses fonctions du corps,...) à stocker et traiter l'information reposent sur l'organisation en réseaux des milliards de neurones qui le constituent. Afin de former ces réseaux, les neurones doivent s'organiser de manière polarisée, avec une arborisation complexe composée de dendrites qui reçoivent l'information et d'un axone qui envoie les messages sous forme de potentiels d'action. L'un des grands sujets de recherche de la biologie (La biologie, appelée couramment la « bio », est la science du vivant. Prise au sens large de science du vivant, elle recouvre une partie des sciences naturelles et de l'histoire naturelle des êtres...) cellulaire du neurone (Un neurone, ou cellule nerveuse, est une cellule excitable constituant l'unité fonctionnelle de base du système nerveux. Le terme de « neurone » fut introduit...) est de comprendre comment les neurones parviennent à établir et à maintenir cette organisation complexe par une myriade de mécanismes de transport et d'assemblage cellulaires. A l'entrée de l'axone, un compartiment clé permet de le séparer du reste du neurone et de générer les potentiels d'action: c'est le segment initial de l'axone (SIA). Il est constitué d'un assemblage unique de protéines d'échafaudage et de canaux ioniques, mais leur arrangement (La notion d'arrangement est utilisée en probabilités, et notamment pour les dénombrements en analyse combinatoire.) macromoléculaire était jusqu'à aujourd'hui énigmatique. Connaitre cet arrangement permettrait de comprendre comment le SIA peut gérer l'entrée des protéines dans l'axone, une étape importante pour le maintien de l'organisation neuronale.

Pour déterminer l'arrangement des protéines du SIA, les membres de l'équipe "Architecture des Domaines Axonaux" ont utilisé la microscopie optique (L'optique est la branche de la physique qui traite de la lumière, du rayonnement électromagnétique et de ses relations avec la vision.) de super-résolution (nanoscopie). Cette méthode, couronnée par le prix Nobel de Chimie (Le prix Nobel de chimie est décerné une fois l'an, depuis 1901, par l'Académie royale des sciences de Suède à un scientifique dont l'œuvre et les travaux ont rendu de grands services à...) 2014, permet de visualiser les assemblages protéiques au sein (Le sein (du latin sinus, « courbure, sinuosité, pli ») ou la poitrine dans son ensemble, constitue la région ventrale supérieure du torse d'un...) des cellules avec une résolution de l'ordre de 20 nanomètres, dix fois meilleure que la microscopie classique, Grâce à un partenariat avec Nikon Instruments, les chercheurs ont exploité cette technique pour cartographier les composants du SIA et leur arrangement à l'échelle moléculaire. La précision de la nanoscopie, couplée à l'utilisation de plusieurs anticorps contre différentes parties de protéines du SIA, a permis de déterminer la position et l'orientation (Au sens littéral, l'orientation désigne ou matérialise la direction de l'Orient (lever du soleil à l'équinoxe) et des points cardinaux (nord de la boussole) ;) de ces protéines. Les chercheurs ont confirmé que le complexe d'actine et de spectrine sous la surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois...) du SIA est organisé de manière périodique, avec des paires de spectrines reliant des anneaux d'actine espacés de 190 nanomètres. Ils ont ensuite révélé que l'ankyrine G, la protéine (Une protéine est une macromolécule biologique composée par une ou plusieurs chaîne(s) d'acides aminés liés entre eux par des liaisons peptidiques. En...) d'échafaudage qui retient les canaux ioniques au SIA, a une extrémité insérée dans ce complexe périodique, tandis que l'autre dépasse vers l'intérieur de la cellule, avec une extension moyenne (La moyenne est une mesure statistique caractérisant les éléments d'un ensemble de quantités : elle exprime la grandeur qu'auraient chacun des membres de...) de 30 nanomètres.

Une fois cette cartographie (La cartographie désigne la réalisation et l'étude des cartes géographiques. Le principe majeur de la cartographie est la représentation de...) moléculaire obtenue, ils ont testé la robustesse de cet assemblage en perturbant le cytosquelette neuronal ainsi que la signalisation intracellulaire. Ils ont démontré que le SIA est non seulement hautement organisé à l'échelle nanoscopique, mais que cette organisation est particulièrement résistante. Ces résultats suggèrent que l'organisation du SIA est importante pour maintenir et réguler le transport vers l'axone, permettant d'entretenir et de modifier l'arborisation axonale. Une meilleure compréhension de ce transport vers l'axone permettra d'appréhender comment et pourquoi il est profondément altéré dans les phases précoces des maladies neurodégénératives comme la maladie d'Alzheimer.

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Source: CNRS-INSB
 
Jeudi 8 Décembre 2016 à 00:00:16 - Physique - 0 commentaire
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