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Posté par Adrien le Mercredi 23/08/2017 à 00:00
De la mécanique dans la construction des circuits de neurones
En étudiant le développement du circuit olfactif chez le poisson-zèbre, l'équipe de Sylvie Schneider-Maunoury à l'Institut de biologie Paris-Seine, révèle que les axones des neurones sensoriels olfactifs, qui établissent des connexions avec le cerveau (Le cerveau est le principal organe du système nerveux central des animaux. Le cerveau traite les informations en provenance des sens,...), s'allongent par un mécanisme original faisant intervenir des forces mécaniques externes aux neurones. Cette étude a été publiée le 17 août 2017 dans la revue Nature Communications.

En utilisant l'imagerie (L’imagerie consiste d'abord en la fabrication et le commerce des images physiques qui représentent des êtres ou des choses. La fabrication se faisait jadis soit à la main, soit par...) in vivo en temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) réel, les chercheurs ont découvert que les axones olfactifs s'allongent par le déplacement ( En géométrie, un déplacement est une similitude qui conserve les distances et les angles orientés. En psychanalyse, le déplacement est mécanisme de défense déplaçant la valeur, et finalement...) des corps cellulaires: ceux-ci s'éloignent de l'extrémité de leur 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...) qui, elle, reste fixe, ancrée à la surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois frontière physique, et est souvent abusivement...) du cerveau. Cette stratégie (La stratégie - du grec stratos qui signifie « armée » et ageîn qui signifie « conduire » - est :) diffère du mode classique d'élongation des axones, dans lequel l'axone est l'entité mouvante, émergeant d'un corps cellulaire statique (Le mot statique peut désigner ou qualifier ce qui est relatif à l'absence de mouvement. Il peut être employé comme :) et naviguant vers sa cible en réponse à des molécules de guidage. Ici, c'est le mouvement du corps cellulaire qui allonge l'axone.


Figure: A gauche, schéma illustrant le mécanisme classique de croissance des axones: l'axone s'allonge grâce à l'activité locomotrice du cône de croissance, en réponse à des signaux moléculaires présents dans l'environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et artificiels au sein duquel se déroule la vie humaine. Avec les enjeux écologiques actuels, le terme environnement tend actuellement à...). A droite, le nouveau mode d'élongation axonale découvert par les chercheurs: l'axone, dont l'extrémité est fixe, ancrée au cerveau, s'allonge par le mouvement passif du corps cellulaire, provoqué par des forces mécaniques externes au 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 dans le vocabulaire...).
© Marie Breau

Pour mieux comprendre le moteur (Un moteur (du latin mōtor : « celui qui remue ») est un dispositif qui déplace de la matière en apportant de la puissance. Il effectue ce travail à partir d'une énergie...) du mouvement des corps cellulaires, les chercheurs ont analysé le rôle des composants du cytosquelette, microtubules et actomyosine. Ils montrent que le déplacement des corps cellulaires est indépendant du cytosquelette intracellulaire: c'est un processus passif, qui se fait sans moteur interne (En France, ce nom désigne un médecin, un pharmacien ou un chirurgien-dentiste, à la fois en activité et en formation à l'hôpital ou en cabinet pendant une durée variable selon le...), ce qui suggère que des forces mécaniques externes aux neurones poussent ou tirent les corps cellulaires, les obligeant ainsi à s'éloigner de leurs terminaisons axonales.

Pour caractériser les forces mécaniques en jeu, les chercheurs ont établi une carte des tensions mécaniques dans le circuit en développement. La carte obtenue renforce l'idée que les corps cellulaires des neurones olfactifs subissent des forces de compression ou de traction, à l'origine de leurs déplacements.

Cette étude met donc en évidence un mécanisme original de mise en place d'un circuit neuronal, dans lequel l'extension des axones est provoquée par des forces mécaniques exercées sur les neurones. Elle met en évidence l'importance des signaux mécaniques dans le développement du système nerveux (Le système nerveux est un système en réseau formé des organes des sens, des nerfs, de l'encéphale, de la moelle épinière, etc. Il coordonne les mouvements musculaires,...), dont on pensait jusqu'ici qu'il était uniquement contrôlé par des molécules guidant la migration des neurones et la croissance des axones.

D'autres cas d'élongation axonale avec extrémité fixe ont été décrits. Par exemple, au cours des phases tardives du développement, une fois les contacts synaptiques établis, les axones s'allongent pour s'adapter à la croissance de l'organisme. Il a été proposé que cette phase (Le mot phase peut avoir plusieurs significations, il employé dans plusieurs domaines et principalement en physique :) cruciale et universelle d'extension des axones serait sous le contrôle (Le mot contrôle peut avoir plusieurs sens. Il peut être employé comme synonyme d'examen, de vérification et de maîtrise.) de la tension (La tension est une force d'extension.) mécanique (Dans le langage courant, la mécanique est le domaine des machines, moteurs, véhicules, organes (engrenages, poulies, courroies, vilebrequins, arbres de transmission, pistons,...) imposée par la croissance de l'animal (Un animal (du latin animus, esprit, ou principe vital) est, selon la classification classique, un être vivant hétérotrophe, c’est-à-dire qu’il se nourrit de substances...), mais cette hypothèse n'a pas encore été testée expérimentalement.

Le système étudié ici, le circuit olfactif du poisson-zèbre, fournit l'opportunité d'explorer plus en profondeur la dynamique (Le mot dynamique est souvent employé désigner ou qualifier ce qui est relatif au mouvement. Il peut être employé comme :) et les mécanismes qui sous-tendent ce mode général d'allongement des axones en réponse à des contraintes mécaniques externes. A plus long terme, ces connaissances pourraient aider à mettre au point (Graphie) de nouvelles méthodes d'ingénierie (L'ingénierie désigne l'ensemble des fonctions allant de la conception et des études à la responsabilité de la construction et au contrôle des équipements d'une installation technique ou industrielle.) tissulaire dédiées à la réparation du cerveau et de la moelle épinière (La moelle épinière, ou moelle spinale, désigne la partie du système nerveux central prolongeant en dessous la medulla oblongata, ou bulbe rachidien, du tronc cérébral, et contenue dans le canal rachidien...).

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Source: CNRS-INSB