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Posté par Isabelle le Vendredi 03/08/2018 à 12:00
Le courant électrique, étincelle de la diversité cellulaire du cerveau
Des chercheurs de l'UNIGE ont découvert qu'en manipulant les propriétés bioélectriques des cellules souches qui génèrent les neurones, il était possible de changer la composition cellulaire du cerveau au cours du développement.


La diversité des neurones corticaux peut être visualisée par différents marqueurs, par leur morphologie et leur connectivité. © UNIGE

Le cortex (En biologie, le cortex (mot latin signifiant écorce) désigne la couche superficielle ou périphérique d'un tissu organique.) cérébral est la région la plus développée (En géométrie, la développée d'une courbe plane est le lieu de ses centres de courbure. On peut aussi la décrire comme...) chez les mammifères et permet des fonctions intellectuelles avancées telles que la perception consciente du monde (Le mot monde peut désigner :), l'anticipation (Au sens général du terme, une anticipation correspond à une phase où sont développées des idées qui n’apparaîtront effectives — sous la...), ou encore le langage. A chaque activité (Le terme d'activité peut désigner une profession.) correspondent des circuits composés de neurones bien précis. Pour comprendre comment ces circuits se forment lors du développement, des chercheurs de 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...) de Genève (UNIGE), en collaboration avec une équipe américaine, se sont intéressés aux progéniteurs cérébraux, les cellules mères des neurones. Comment ces progéniteurs savent-ils quels types de neurones fabriquer à chaque moment du développement ? En mesurant l'activité électrique de ces cellules, les neuroscientifiques ont constaté qu'à la manière d'une pile qui se 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...), le voltage des progéniteurs augmente au fur (Fur est une petite île danoise dans le Limfjord. Fur compte environ 900 hab. . L'île couvre une superficie de 22 km². Elle est située dans la...) et à mesure du développement de l'embryon (Un embryon (du grec ancien ἔμϐρυον / émbruon) est un organisme en développement depuis la première division de l’œuf ou zygote...) et 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 en sciences de...) des neurones à créer. Afin de tester le rôle de cette charge électrique (La charge électrique est une propriété fondamentale de la matière qui respecte le principe de conservation.), les chercheurs l'ont diminuée et augmentée artificiellement in vivo (In vivo (en latin : « au sein du vivant ») est une expression latine qualifiant des recherches ou des examens pratiqués sur un organisme vivant, par opposition à in vitro ou ex vivo....), dirigeant à loisir quel neurone (Un neurone, ou cellule nerveuse, est une cellule excitable constituant l'unité fonctionnelle de base du système nerveux. Le terme de...) était créé! Ces résultats, à lire dans la revue Cell, révèlent pour la première fois l'importance des propriétés bioélectriques cellulaires dans la création de la diversité neuronale.

Présent chez tous les mammifères, le cortex cérébral est une structure complexe composée d'une multitude de types de neurones qui s'assemblent pour former des circuits contrôlant le mouvement ou la perception. Les différents types de neurones sont créés les uns après les autres au cours de l'embryogenèse par des cellules souches nommées progéniteurs, présentes dans les profondeurs 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...). "Nous nous sommes demandés comment ces progéniteurs savent quel type de neurones ils doivent fabriquer à chaque moment du développement de l'embryon", expose Denis Jabaudon, professeur au Département de neurosciences (Les neurosciences correspondent à l'ensemble de toutes les disciplines biologiques et médicales qui étudient tous les aspects, tant normaux que pathologiques, des neurones et du système nerveux.) fondamentales de la Faculté de médecine (La médecine (du latin medicus, « qui guérit ») est la science et la pratique (l'art) étudiant l'organisation du corps humain (anatomie), son fonctionnement normal (physiologie), et cherchant à restaurer la...) de l'UNIGE.

A chaque charge électrique correspond un type de neurones

Pour cette étude, l'équipe de l'UNIGE a choisi d'aborder la question sous un nouvel angle (En géométrie, la notion générale d'angle se décline en plusieurs concepts apparentés.). "D'habitude, ce sont des facteurs génétiques qui sont les stars du fonctionnement cellulaire, explique Ilaria Vitali, chercheuse au sein (Le sein (du latin sinus, « courbure, sinuosité, pli ») ou la poitrine dans son ensemble, constitue la région ventrale...) de l'équipe. Ici, nous nous sommes intéressés à d'autres acteurs, les propriétés électriques des progéniteurs."

En effet, si le rôle de l'activité électrique dans le fonctionnement des circuits du cerveau est bien établi, on ne savait jusqu'ici presque rien sur l'effet de l'électricité (L’électricité est un phénomène physique dû aux différentes charges électriques de la matière, se manifestant par une énergie. L'électricité désigne également la branche de la physique qui étudie les...) sur les propriétés des progéniteurs cérébraux. Utilisant une pipette (En chimie, une pipette est un outil qui sert à prélever une solution. Elle est en forme de tube plus ou moins fin (pipettes graduées) parfois élargi en son milieu (pipettes...) mesurant moins de deux microns de diamètre (Dans un cercle ou une sphère, le diamètre est un segment de droite passant par le centre et limité par les points du cercle ou de la...) pour percer la membrane cellulaire, les scientifiques ont mesuré chaque jour (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la période entre deux nuits, pendant laquelle les rayons du Soleil éclairent le ciel. Son début (par...) la charge électrique des progéniteurs d'embryons de souris (Le terme souris est un nom vernaculaire ambigu qui peut désigner, pour les francophones, avant tout l’espèce commune Mus musculus, connue aussi comme animal de compagnie ou de...). "Nous avons constaté qu'alors que le f?tus grandit et que les types de neurones fabriqués se complexifient, le voltage des progéniteurs augmente de plus en plus", explique Denis Jabaudon.

Choisir le type de neurones que l'on veut créer

Afin de confirmer cette observation (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et d’étude appropriés. Le plaisir procuré explique la très grande participation des...), les scientifiques ont modifié génétiquement des cellules embryonnaires. "Nous avons exprimé 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 confondu avec...) des progéniteurs des canaux synthétiques laissant passer (Le genre Passer a été créé par le zoologiste français Mathurin Jacques Brisson (1723-1806) en 1760.) des particules chargées électriquement, ce qui nous a permis de manipuler à notre guise leur voltage et de charger ou décharger ces cellules", explique Sabine Fièvre (La fièvre est l'élévation de la température corporelle chez un être à sang chaud par dérèglement du « thermostat » central. Il s'agit généralement...), co-première auteure de l'étude et chercheuse dans l'équipe de l'UNIGE. Et effectivement, si les progéniteurs sont artificiellement chargés en début d'embryogenèse, ils fabriquent alors précocement des neurones apparaissant normalement à la fin du développement de l'embryon. "Et inversement, si nous déchargeons les progéniteurs, ceux-ci fabriquent à nouveau des neurones apparaissant normalement plus tôt lors du développement de l'embryon!", s'enthousiasme Denis Jabaudon.

Ces résultats démontrent pour la première fois que l'activité bioélectrique des progéniteurs joue (La joue est la partie du visage qui recouvre la cavité buccale, fermée par les mâchoires. On appelle aussi joue le muscle qui sert principalement à ouvrir et fermer...) un rôle capital dans la fabrication des différents types de neurones. Ceci pourrait expliquer les effets de certaines maladies du développement liées à une activité électrique anormale, comme par exemple l'épilepsie.

Contact chercheur:
- Denis Jabaudon, Professeur ordinaire au Département de neurosciences fondamentales,Faculté de médecine

Référence publication:
Cette 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 cadre...) est publiée dans Cell - DOI: 10.1016/j.cell.2018.06.036

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Source: Université de Genève (UNIGE)
 
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