Une cape d'invisibilité pour le glutamate
Publié par Isabelle le 16/03/2020 à 14:00
Source: CNRS INSB
Le glutamate est le principal neurotransmetteur du cerveau chez les mammifères. Ses récepteurs sont largement répandus dans le système nerveux central, et sont à la base de l'apprentissage et de la mémoire. Dans cet article publié dans la revue PNAS, les chercheurs ont développé un nouveau glutamate "cagé" dont les propriétés biologiques et photochimiques sont compatibles, pour la première fois, avec une utilisation chez la 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 laboratoire, mais aussi de nombreuses...) dans des expériences de comportement.


A) Principe des glutamates cagés et du glutamate cagé protégé par la cape.
B) Approche opto-fluidique permettant de délivrer le composé cagé et la lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil humain, c'est-à-dire comprises dans des longueurs d'onde de 380nm (violet) à 780nm (rouge). La lumière est intimement liée à la...) dans une région 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, dont la motricité volontaire, et...) d'une souris en comportement.
C) La souris passe plus de temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) du côté associé à la lumière (droite) que du côté contrôle (Le mot contrôle peut avoir plusieurs sens. Il peut être employé comme synonyme d'examen, de vérification et de maîtrise.) (sans lumière, gauche), comme le montre la trajectoire (La trajectoire est la ligne décrite par n'importe quel point d'un objet en mouvement, et notamment par son centre de gravité.) de la souris (trait noir).
© Alexandre Mourot

Les glutamates "cagés" sont des composés photosensibles qui ont eu un impact majeur en neuroscience. Dans le noir, la cage retient le glutamate et l'empêche de se lier à ses récepteurs. En réponse à une illumination violette, la cage libère le glutamate et rend le composé biologiquement actif. La lumière offre une précision spatiale et temporelle inégalée, permettant de mimer les signaux naturellement produits par les neurones au niveau des synapses. Les glutamates cagés permettent notamment de potentialiser les synapses avec la lumière, une étape cellulaire considérée comme essentielle dans l'apprentissage (L’apprentissage est l'acquisition de savoir-faire, c'est-à-dire le processus d’acquisition de pratiques, de connaissances, compétences, d'attitudes ou de valeurs...) et la mémoire (D'une manière générale, la mémoire est le stockage de l'information. C'est aussi le souvenir d'une information.).

Les glutamate cagés développés à ce 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 rapport à...) ont un inconvénient majeur qui a empêché leur utilisation in vivo: ils bloquent certains récepteurs membranaires (les "récepteurs GABA"), provoquant des crises d'épilepsie chez 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...). Les chercheurs ont développé un nouveau glutamate cagé qui est protégé par une "cape d'invisibilité (L'invisibilité est l'état d'un objet ou d'un organisme vivant qui ne peut être vu, on dit alors qu'il est invisible.)". Ils ont montré que la cape ne modifie pas les propriétés photochimiques de la cage, mais confère au glutamate cagé deux propriétés cruciales pour son utilisation in vivo: i) elle augmente la solubilité dans l'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les organismes vivants connus.), et surtout ii) elle élimine les effets indésirables sur les récepteurs GABA. En d'autres termes, la cape rend le glutamate cagé complètement (Le complètement ou complètement automatique, ou encore par anglicisme complétion ou autocomplétion, est une fonctionnalité informatique permettant à l'utilisateur de limiter la...) invisible.

Les chercheurs ont développé une méthode permettant de délivrer localement dans le cerveau de souris le nouveau glutamate cagé, la lumière violette libérant "sur commande (Commande : terme utilisé dans de nombreux domaines, généralement il désigne un ordre ou un souhait impératif.)" le neurotransmetteur (Les neurotransmetteurs, ou neuromédiateurs, sont des composés chimiques libérées par les neurones (et parfois par les cellules gliales) agissant sur d'autres neurones, appelé neurone postsynaptique, ou, plus...). Ils ont sélectionné une région du cerveau, l'aire tegmentale ventrale, qui est impliquée dans l'apprentissage par renforcement. Ils ont pu montrer, en utilisant un test de préférence de place conditionnée, que l'animal apprenait à retourner dans le compartiment d'une arène ou il avait reçu préalablement le composé cagé plus la lumière violette. La libération, par la lumière, de glutamate dans l'aire tegmentale ventrale favorise donc l'apprentissage.

Cette étude représente la première utilisation d'un composé cagé chez une souris dans des expériences de comportement. C'est une étape importante pour le développement de méthodes permettant de contrôler in vivo la physiologie (La physiologie (du grec φύσις, phusis, la nature, et λόγος, logos, l'étude, la science) étudie le rôle, le fonctionnement et l'organisation mécanique,...) neuronale avec la lumière.


Pour en savoir plus:
Optofluidic control of rodent learning using cloaked caged glutamate.
Durand-de Cuttoli R, Chauhan PS, Pétriz Reyes A, Faure P, Mourot A, Ellis-Davies GCR.
Proc Natl Acad Sci U S A. 2020 Mar 9. pii: 201920869. doi: 10.1073/pnas.1920869117. [Epub ahead of print]

Laboratoire
Neuroscience Paris (Paris est une ville française, capitale de la France et le chef-lieu de la région d’Île-de-France. Cette ville est construite sur une boucle de la Seine, au centre du bassin parisien, entre les...) Seine, Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter Institute for Theoretical Physics est un tel institut.) de 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...) Paris Seine (NPS/IBPS) - (CNRS, Sorbonne (La Sorbonne est un complexe monumental du Quartier latin de Paris. Elle tire son nom du théologien du XIIIe siècle Robert de Sorbon, le fondateur du collège de Sorbonne,...) Université/Inserm)
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Contact:
Alexandre Mourot - Chercheur (Un chercheur (fem. chercheuse) désigne une personne dont le métier consiste à faire de la recherche. Il est difficile de bien cerner le métier de chercheur...) Inserm - alexandre.mourot at inserm.fr
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