Retour aux sources de la diversité neuronale
Publié par Redbran le 14/05/2019 à 14:00
Source: Université de Genève (UNIGE)
En décryptant les programmes génétiques des neurones du cortex cérébral, des chercheurs suisses et belges expliquent les mécanismes contrôlant la genèse des cellules de l'une des parties les plus essentielles de notre cerveau.


Cellules progénitrices (en rouge) se divisant pour donner naissance à des cellules neuronales filles (en vert). © UNIGE - Laboratoire Jabaudon


Le cortex (En biologie, le cortex (mot latin signifiant écorce) désigne la couche superficielle ou périphérique d'un tissu organique.) est une région cérébrale complexe qui nous permet de percevoir le monde (Le mot monde peut désigner :) et d'interagir avec les objets et les êtres qui nous entourent. La diversité des tâches qu'il peut accomplir est reflétée par la diversité des neurones qui le composent: plusieurs dizaines de types de cellules aux fonctions distinctes s'assemblent au cours du développement pour former les innombrables circuits à l'origine de nos pensées et de nos actions. Ces neurones naissent dans l'embryon (Un embryon (du grec ancien ἔμϐρυον / émbruon) est un organisme en développement depuis la première division de...) à partir de cellules souches progénitrices, qui se divisent et produisent l'un après l'autre ces différents neurones. Mais comment ces progéniteurs parviennent-ils à générer des types de neurones précis au bon endroit et au bon moment ? En identifiant (En informatique, on appelle identifiants (également appelé parfois en anglais login) les informations permettant à une personne de s'identifier...) les scénarios génétiques à l'oeuvre, des chercheurs des universités de Genève (UNIGE), Lausanne (UNIL) et Liège (ULiège) lèvent le voile sur la conception des cellules qui constituent les circuits 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...). Ces résultats, à découvrir dans la revue Science, apportent aussi un élément supplémentaire à la compréhension de l'origine des troubles neuro-développementaux.

Le cortex est une région cérébrale complexe qui nous permet de percevoir le monde et d'interagir avec les objets et les êtres qui nous entourent. La diversité des tâches qu'il peut accomplir est reflétée par la diversité des neurones qui le composent: plusieurs dizaines de types de cellules aux fonctions distinctes s'assemblent au cours du développement pour former les innombrables circuits à l'origine de nos pensées et de nos actions. Ces neurones naissent dans l'embryon à partir de cellules souches progénitrices, qui se divisent et produisent l'un après l'autre ces différents neurones. Mais comment ces progéniteurs parviennent-ils à générer des types de neurones précis au bon endroit et au bon moment ? En identifiant les scénarios génétiques à l'oeuvre, des chercheurs des universités de Genève (UNIGE), Lausanne (UNIL) et Liège (ULiège) lèvent le voile sur la conception des cellules qui constituent les circuits du cerveau. Ces résultats, à découvrir dans la revue Science, apportent aussi un élément supplémentaire à la compréhension de l'origine des troubles neuro-développementaux.

Au cours de l'embryogénèse, les différents types de neurones sont générés par des cellules souches progénitrices présentes dans les profondeurs du cerveau; ces neurones s'assemblent ensuite pour former des circuits contrôlant le mouvement ou la perception. "Nous nous étions déjà penchés sur les propriétés bioélectriques des progéniteurs afin de décrypter ce processus fin de différenciation cellulaire. Mais qu'en est-il de la génétique (La génétique (du grec genno γεννώ = donner naissance) est la science qui étudie l'hérédité et les gènes.) ? Quels gènes contrôlent ce délicat équilibre entre programmes innés et acquis ? C'est ce que nous avons voulu comprendre ici", explique Denis Jabaudon, professeur au Département des neurosciences (Les neurosciences correspondent à l'ensemble de toutes les disciplines biologiques et médicales qui étudient tous les aspects, tant normaux...) 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...) de l'UNIGE, qui a dirigé ces travaux. En effet, les neurones nouveau-nés héritent non seulement du matériel génétique de leur cellule "mère", mais développent également leurs propres programmes génétiques en interaction (Une interaction est un échange d'information, d'affects ou d'énergie entre deux agents au sein d'un système. C'est une action réciproque qui suppose l'entrée en contact de sujets.) avec 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...), au cours d'un processus de maturation aboutissant in fine à un raccordement en circuits fonctionnels.

Des schémas temporels précis

Avec Ludovic Telley, professeur à la Faculté de médecine et 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 êtres vivants...) de l'UNIL et Gulistan Agirman, doctorante au GIGA-Stem Cells 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...) de Liège, Denis Jabaudon et son équipe ont suivi pas à pas les gènes exprimés par des générations successives des progéniteurs et par leurs cellules filles, avec une résolution temporelle très haute. Tirant profit d'une technologie (Le mot technologie possède deux acceptions de fait :) développée (En géométrie, la développée d'une courbe plane est le lieu de ses centres de courbure. On peut aussi la décrire comme l'enveloppe de la famille des droites normales...) à l'UNIGE permettant d'isoler les cellules corticales nées à un moment donné, les chercheurs ont pu reconstituer le scénario génétique par lequel les progéniteurs donnent naissance aux neurones de types différents au cours du temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.).

"Nous avons ensuite mis au point (Graphie) des algorithmes mathématiques (Les mathématiques constituent un domaine de connaissances abstraites construites à l'aide de raisonnements logiques sur des concepts tels que les nombres, les figures, les...) afin de reconstituer la genèse des neurones, indique Ludovic Telley. Et nous avons observé le rôle essentiel de certains gènes transmis par les cellules progénitrices mères." En effet, si, tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) au début, les progéniteurs sont peu sensibles aux signaux environnementaux, ils le deviennent de plus en plus avec le temps. Ces schémas temporels d'expression des gènes sont ensuite transmis par les progéniteurs à leur descendance neuronale. "Pour preuve, en modifiant artificiellement ces marques temporelles dans les progéniteurs, nous sommes parvenus à changer l'identité des neurones filles et à accélérer la vitesse (On distingue :) du scénario développemental", ajoute Gulistan Agirman.

A l'origine des troubles neuro-développementaux ?

Ces études, effectuées sur la base d'un modèle murin, s'appliquent également à l'être humain: en étudiant des données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction d'affaire, d'un...) biologiques humaines, l'équipe a en effet pu montrer que les marques temporelles et leur mécanisme de transmission génétique étaient conservés au cours de l'évolution. Cette découverte importante souligne l'importance des gènes temporaux dans la genèse des circuits du cortex cérébral, et identifie des programmes génétiques dont l'altération pourrait contribuer aux maladies neuro-développementales. De plus, cette étude récapitule les "recettes moléculaires" à appliquer pour générer différents types de neurones et permet d'envisager la possibilité de régénérer artificiellement des types de neurones définis à partir de cellules souches de patients.

Contacts chercheurs:
- Denis Jabaudon - Professeur au Département des neurosciences fondamentales, Faculté de médecine, UNIGE
- Ludovic Telley - Professeur, Faculté de biologie et de médecine (FBM), UNIL
- Gulistan Agirman - Doctorante au GIGA-Stem Cells, Université de Liège

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 Science DOI: 10.1126/science.aav2522
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