Naissance de la vision, de la rétine au cerveau
Publié par Adrien le 10/09/2019 à 08:00
Source: Université de Genève
En décodant les mécanismes génétiques qui contrôlent les neurones du système visuel, des chercheurs de l'UNIGE dévoilent les premières étapes de la construction de la vision, ouvrant ainsi la voie à une médecine régénérative de l'oeil.


Photorécepteurs responsables de la vision en couleur. En séquençant une cellule à la fois, les chercheurs ont identifié un gène (Un gène est une séquence d'acide désoxyribonucléique (ADN) qui spécifie la synthèse d'une chaîne de polypeptide ou d'un acide ribonucléique (ARN) fonctionnel....) (Rbp4) présent dans un petit nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) de cellules (en vert). En violet (Le violet est une couleur, composée d'un mélange de bleu (environ 50% de luminosité) et de rouge (environ 25% de luminosité) en synthèse additive, et d'un mélange de magenta (environ 100%) et de cyan...), les photorécepteurs dont le gène Rbp4 n'est pas activé.
© UNIGE, Pierre Fabre.

Comment la rétine (La rétine est l'organe sensible de la vision. D'origine diencéphalique, elle est une mince membrane pluri-stratifiée d'environ 0,5 mm d'épaisseur couvrant environ 75 % de la face...) se forme-t-elle ? Et comment les neurones se différencient-ils pour devenir l'une des pièces composant le système visuel ? En s'intéressant aux premières étapes de ce processus complexe, 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...) de Genève (UNIGE), en collaboration avec l'École polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL), ont identifié les programmes génétiques gouvernant d'une part la naissance des différents types de cellules de la rétine, et d'autre part leur branchement à l'endroit exact 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 constitue le...) où ils pourront accomplir leur tâche. De plus, la découverte de plusieurs gènes régulant la transmission des signaux permet d'envisager la possibilité d'un coup de pouce à la régénération du nerf (En neuroanatomie, au sein du système nerveux , périphérique et central, un nerf désigne un regroupement d'axones, myélinisés ou non, issus de cellules nerveuses...) optique (L'optique est la branche de la physique qui traite de la lumière, du rayonnement électromagnétique et de ses relations avec la vision.) en cas de maladie (La maladie est une altération des fonctions ou de la santé d'un organisme vivant, animal ou végétal.) neurodégénérative. Des résultats à découvrir dans le journal Development.

Le système visuel des mammifères est composé de différents types de neurones qui doivent chacun trouver leur place pour que le cerveau puisse transformer les stimuli reçus par l'oeil en images. Il y a les photorécepteurs, qui détectent 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...), les neurones du nerf optique, qui envoient l'information au cerveau, les cellules des réseaux cérébraux, chargées de former des images, ou encore les interneurones, qui assurent les connexions entre les autres cellules. Ces neurones sont tous issus de cellules progénitrices qui, non encore différenciées lors des phases initiales du développement embryonnaire, sont capables de donner naissance aux différentes catégories de neurones spécialisés. Pour mieux comprendre le déroulement exact de ce mécanisme et identifier les gènes à l'oeuvre pendant la construction de la rétine, les chercheurs ont étudié la dynamique (Le mot dynamique est souvent employé désigner ou qualifier ce qui est relatif au mouvement. Il peut être employé comme :) de l'expression des gènes dans des cellules prises isolément. "Pour suivre l'activité (Le terme d'activité peut désigner une profession.) des gènes dans les cellules et comprendre la spécification précoce des neurones rétiniens, nous avons séquencé plus de 6000 cellules pendant le développement de la rétine, afin de mener des analyses bio-informatiques à grande échelle (La grande échelle, aussi appelée échelle aérienne ou auto échelle, est un véhicule utilisé par les sapeurs-pompiers, et qui emporte une...)," explique Quentin Lo Giudice, doctorant (Un doctorant est un chercheur débutant s'engageant, sous la supervision d'un directeur de thèse, dans un projet de recherche sur une durée variable...) au Département des neurosciences (Les neurosciences correspondent à l'ensemble de toutes les disciplines biologiques et médicales qui étudient tous les aspects, tant...) 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...) de l'UNIGE et premier auteur de cet article.

Cartographie d'un système en construction

En collaboration avec Gioele La Manno et Marion Leleu de l'EPFL, les chercheurs ont étudié le comportement des progéniteurs pendant le cycle cellulaire, puis lors de leur différenciation progressive. Les scientifiques ont alors cartographié de façon très précise les différents types cellulaires de la rétine en développement, ainsi que les changements génétiques qui surviennent au cours des premières étapes de ce processus. "Au-delà de leur "âge" - soit à quel moment de la vie (La vie est le nom donné :) embryonnaire ils ont été générés - la diversité des neurones découle de leur position dans la rétine, qui les prédestine à une cible précise dans le cerveau, explique Pierre Fabre, 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 tant les domaines de recherche sont diversifiés et impliquent d'importantes différences...) au Département des neurosciences fondamentales de la Faculté de médecine de l'UNIGE, qui a dirigé ces travaux. De plus, en observant isolément ces neurones et en suivant l'activation (Activation peut faire référence à :) séquentielle de leurs gènes, nous avons pu reconstruire un arbre (Un arbre est une plante terrestre capable de se développer par elle-même en hauteur, en général au delà de sept mètres....) de différenciation génétique (La génétique (du grec genno γεννώ = donner naissance) est la science qui étudie l'hérédité et les gènes.) où les progéniteurs se divisent, puis s'orientent vers un type cellulaire ou un autre."

Les chercheurs ont ensuite procédé à une deuxième analyse: si l'oeil droit connecte essentiellement à la partie gauche du cerveau - et inversement -, une petite fraction de neurones de l'oeil droit effectue des connexions dans la partie droite du cerveau. En effet, toutes les espèces ayant deux yeux avec un champ (Un champ correspond à une notion d'espace défini:) visuel qui se recoupe, comme les mammifères, doivent pouvoir mélanger les informations en provenance des deux yeux dans la même partie du cerveau. Ce regroupement rend possible la vision binoculaire permettant de percevoir les profondeurs ou les distances. "Connaissant ce phénomène, nous avons "marqué" les cellules individuellement afin de suivre chacune d'entre elles tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) au long de leur progression et jusqu'à leur place finale dans le système visuel," indique Quentin Lo Giudice. En comparant l'activation génétique de ces deux populations neuronales, les chercheurs ont découvert 24 gènes qui pourraient être essentiels à une vision tridimensionnelle.

Vers la médecine régénérative

Mais avant même que les neurones arrivent dans le cerveau, ils doivent sortir de la rétine par le nerf optique. La dernière partie de cette étude a permis d'identifier les molécules capables de guider les neurones sur le bon chemin. Et ces mêmes molécules pourraient permettre la pousse (Pousse est le nom donné à une course automobile illégale à la Réunion.) initiale des axones, - la partie des neurones qui transmet les signaux électriques vers les synapses et assurent le passage de l'information d'un neurone (Un neurone, ou cellule nerveuse, est une cellule excitable constituant l'unité fonctionnelle de base du système nerveux. Le terme de...) à l'autre, ainsi qu'une vingtaine de gènes qui contrôlent ce processus. Cette découverte est prometteuse dans l'idée d'une médecine régénérative.

"Si le nerf optique est coupé (Un coupé est une voiture fermée, à deux portes (parfois trois avec hayon ou quatre comme l'ont fait certains constructeurs américains) et possédant...) ou endommagé, suite à un glaucome par exemple, nous pourrions imaginer réactiver ces gènes qui ne sont habituellement actifs que lors de la phase (Le mot phase peut avoir plusieurs significations, il employé dans plusieurs domaines et principalement en physique :) de développement embryonnaire. En stimulant (Un stimulant est une substance qui augmente l'activité du système nerveux sympathique facilitant ou améliorant certaines fonctions de l'organisme. Parmi les stimulants fréquemment...) la pousse des axones, nous pourrions permettre aux neurones de rester connectés et de survivre," explique Pierre Fabre, qui ambitionne de lancer un projet (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a priori à l’identique, nécessitant le concours et l’intégration...) 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...) sur cette thématique. Les capacités de régénération des neurones sont très faibles, mais elles existent néanmoins et il faut trouver le moyen de les encourager. Des stimulations génétiques 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...) endommagée après un accident procèdent d'ailleurs de la même idée et commencent à montrer leurs premiers succès.
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