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Posté par Adrien le Vendredi 02/02/2018 à 00:00
Construire un système nerveux fonctionnel
Le système nerveux central (SNC) est le système le plus complexe du corps humain en terme d'architecture comme en terme fonctionnel. Il assure des fonctions aussi complexes que le mouvement et la pensée. Le SNC est composé uniquement de deux types cellulaires: les neurones et les cellules gliales. Les neurones assurent la transmission de l'influx nerveux alors que les cellules gliales sont nécessaires à la fonction des neurones et à leur développement. Cette étude publiée le 25 Janvier 2018 dans la revue Neuron (dont elle illustre la page de couverture) montre comment ces deux types cellulaires s'organisent au cours du développement afin de former un SNC fonctionnel.


Figure: Schéma d'une cellule souche appelée neuroglioblaste (NGB) et de sa progénie diverse: motoneurones (MN), cellules gliales de recouvrement et astrocytes. Schéma représentant un nouveau mode de division (La division est une loi de composition qui à deux nombres associe le produit du premier par l'inverse du second. Si un nombre est non nul, la fonction "division par ce nombre" est la réciproque de la fonction "multiplication par ce...) du NGB. Dans une première phase (Le mot phase peut avoir plusieurs significations, il employé dans plusieurs domaines et principalement en physique :) le NGB produit une IMC (cellule mère intermédiaire) qui produit des cellules gliales et des MNs. Dans un deuxième temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) le NGB devient un neuroblaste produisant uniquement des motoneurones par l'intermédiare d'une GMC (GMC, autrefois connu sous le nom de GMC Truck, est une marque américaine de pickup, camions, vans et SUV. GMC est une division de General Motors. Les véhicules GMC sont vendus en Amérique du Nord et au...) (cellule mère ganglionnaire) Image confocale de la chaine nerveuse ventrale de la drosophile où uniquement la progénie de la première divison du NGB representé en B est marquée en vert (Le vert est une couleur complémentaire correspondant à la lumière qui a une longueur d'onde comprise entre 490 et 570 nm. L'œil humain possède un récepteur, appelé cône M, dont la bande passante est axée...) (GFP, motoneurones) et en rouge (La couleur rouge répond à différentes définitions, selon le système chromatique dont on fait usage.) (mCherry, astrocytes) en utilisant la technique cis-MARCM. Diffèrents exemples du produit de la première division du NGB représenté en B où nous pouvons voir la variabilité du nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) et de la morphologie des astrocytes qui contraste avec la morphologie stéréotypée du motoneurone.
© Jonathan Enriquez

Malgré une composition cellulaire simple (neurones et cellule gliales), la morphologie et la fonction de ces cellules composant le SNC sont extrêmement complexes et variées. Afin d'établir des interactions fonctionnelles, ces deux types cellulaires coopèrent au cours du développement. Du fait de la complexité (La complexité est une notion utilisée en philosophie, épistémologie (par exemple par Anthony Wilden ou Edgar Morin), en physique, en biologie (par exemple par Henri Atlan), en sociologie, en informatique ou...) du SNC et du manque d'outils biologiques, les mécanismes contrôlant cette coopération sont peu étudiés.

Les chercheurs de l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter...) de Génomique (La génomique est une discipline de la biologie moderne. Elle étudie le fonctionnement d'un organisme, d'un organe, d'un cancer, etc. à...) Fonctionnelle (En mathématiques, le terme fonctionnelle se réfère à certaines fonctions. Initialement, le terme désignait les fonctions qui en...) de Lyon en collaboration avec le laboratoire de Richard Mann à l'université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa transmission (études...) Columbia de New York (New York , en anglais New York City (officiellement, City of New York) pour la distinguer de l’État de New York, est la principale ville des États-Unis, elle compte a elle seule 8 143 200 habitants. Son...) ont utilisé un modèle biologique puissant, la drosophile, qui permet d'étudier la complexité du SNC grâce à des outils génétiques de pointe comme par exemple la technique MARCM qui permet de visualiser des cellules issues d'un même lignage ou la technique Flybow qui permet de visualiser des cellules uniques. Ils ont développé des techniques qui permettent de visualiser des neurones et des cellules gliales au niveau cellulaire et de modifier leur programme génétique (La génétique (du grec genno γεννώ = donner naissance) est la science qui étudie l'hérédité et les gènes.) afin d'étudier leur développement. Ils ont notamment modifié la technique du QMARCM/MARCM afin de visualiser avec deux protéines fluorescentes différentes les motoneurones et les cellules gliales issus du même lignage (nom de la technique:Cis-MARCM, figure D). En utilisant ces outils, ils ont étudié les régions du SNC qui prennent en charge (La charge utile (payload en anglais ; la charge payante) représente ce qui est effectivement transporté par un moyen de transport donné, et qui donne lieu à un paiement ou un bénéfice non pécuniaire pour être...) la marche (La marche (le pléonasme marche à pied est également souvent utilisé) est un mode de locomotion naturel. Il consiste en un déplacement en appui alternatif sur...). Dans ces régions, appelées neuromères thoraciques chez la drosophile, les chercheurs ont analysé le développement des motoneurones (MNs) (neurones contrôlant la contraction musculaire), des astrocytes (cellules gliales contrôlant le développement, la fonction et l'homéostasie des motoneurones) et les cellules gliales de recouvrement (cellules gliales entourant les axones comme les oligodendrocytes chez les vertébrés).

Ils ont ainsi montré que - 1°) les même cellules souches produisent les MNs, les astrocytes et les cellules gliales entourant les axones -2°) le développement des cellules gliales et des MNs est coordonné afin de construire des unités fonctionnelles (les neuromères) - 3°) les MNs et les cellules gliales, alors qu'elles sont produites par les mêmes cellules souches, utilisent des mécanismes différents dans la construction de ces unités fonctionnelles. La morphologie unique et invariable (entre individus) des motoneurones est sous le contrôle (Le mot contrôle peut avoir plusieurs sens. Il peut être employé comme synonyme d'examen, de vérification et de maîtrise.) d'une combinaison (Une combinaison peut être :) de facteurs de transcription exprimée de manière différentielle dans chaque MN. De façon surprenante, il n'a pas été trouvé de combinaison de facteurs de transcription exprimée dans des sous populations d'astrocytes ou des cellule gliales de recouvrement qui puissent contrôler la morphologie de ces cellules gliales. Au contraire, les chercheurs ont montré que les cellules gliales utilisent un mode de développement plastique. Cette plasticité se caractérise par le fait qu'elles peuvent varier leur morphologie et leur nombre de division afin de s'adapter à l'architecture (L’architecture peut se définir comme l’art de bâtir des édifices.) du réseau (Un réseau informatique est un ensemble d'équipements reliés entre eux pour échanger des informations. Par analogie avec un filet (un réseau est un « petit rets », c'est-à-dire un petit filet), on...) neuronal.

Ces découvertes suggèrent que le fait de partager un même lignage avec deux logiques de spécification différentes, programmée pour les MNs et plastique pour les cellules gliales, permet le développement robuste du SNC, son homéostasie et son évolution. La combinaison de facteurs de transcription exprimée dans chaque MN permet la mise en place d'un câblage précis et stéréotypé entre individus: les MNs vont innerver des muscles spécifiques et recevoir une information particulière par des interneurones. Malgré une morphologie neuronale stéréotypée entre individus, on peut observer quelques variations de celle-ci dans des populations isogéniques. Ces variations peuvent être dues à des erreurs de développement et la plasticité des cellules gliales permet probablement de s'adapter à ces erreurs.

Enfin, la plasticité des cellules gliales permet également une flexibilité de l'évolution du SNC. La morphologie des neurones est déterminée par une combinaison de facteurs de transcription et cette logique (La logique (du grec logikê, dérivé de logos (λόγος), terme inventé par Xénocrate signifiant à la fois raison,...) de développement est conservée au cours de l'évolution. Une même logique de développement chez les cellules gliales rendrait le système plus rigide et une évolution plus complexe. La plasticité des cellules gliales permettrait de s'adapter à tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) changement de la morphologie des MNs au cours de l'évolution.

Les bases moléculaires de cette plasticité gliale sont inconnues. Tout dérèglement du contrôle fin de cette plasticité (division vs différenciation) pourrait engendrer des pathologies dramatiques telles que des tumeurs. Chez l'homme (Un homme est un individu de sexe masculin adulte de l'espèce appelée Homme moderne (Homo sapiens) ou plus simplement « Homme ». Par distinction, l'homme...), 50% des cancers du CNS sont des glioblastomes de type astrocytaire. Cette prépondérance de cancer (Le cancer est une maladie caractérisée par une prolifération cellulaire anormalement importante au sein d'un tissu normal de l'organisme, de telle manière que la survie de ce dernier est menacée. Ces cellules...) pourrait être due à une logique développementale différente (En mathématiques, la différente est définie en théorie algébrique des nombres pour mesurer l'éventuel défaut de dualité d'une application définie à l'aide de la trace,...) entre les MNs et les cellules gliales. Les chercheurs de l'équipe cherchent actuellement les molécules impliquées dans cette plasticité gliale.

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Source: CNRS-INSB