La synthèse de protéines localisée aux synapses soutient notre mémoire
Publié par Isabelle le 24/05/2019 à 14:00
Source: CNRS INSB

© Etienne Herzog
Les neurones sont connectés entre eux par des synapses. L'efficacité de la transmission synaptique est modifiée dans les compartiments pré- ou/et post-synaptiques lors des apprentissages par des mécanismes de "plasticité synaptique" qui peuvent nécessiter la synthèse de nouvelles protéines. La traduction des ARN messagers en protéines est généralement réalisée dans le corps cellulaire. Une collaboration franco-allemande a permis la découverte d'une machinerie de synthèse des protéines délocalisée dans les axones des neurones au niveau des pré-synapses. Publié dans Science, ce mécanisme local de production de protéines synaptiques ouvre de nouvelles perspectives sur les mécanismes d'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...) et de la mémoire (D'une manière générale, la mémoire est le stockage de l'information. C'est aussi le souvenir d'une information.).

Les cellules produisent les protéines nécessaires à leur fonctionnement le plus souvent à proximité de leur noyau cellulaire qui contient leur génome (Le génome est l'ensemble du matériel génétique d'un individu ou d'une espèce codé dans son ADN (à l'exception de certains virus...). Les neurones, organisés en réseaux, ont la particularité d'étendre des prolongements extrêmement fins et longs appelés axones qui parcourent de longues distances afin de contacter leurs cibles. De ce fait, le corps cellulaire contenant le noyau est parfois distant de plusieurs centimètres, voire de plus d'un mètre (Le mètre (symbole m, du grec metron, mesure) est l'unité de base de longueur du Système international (SI). Il est défini, depuis 1983, comme la distance parcourue par la lumière dans le vide en...) des terminaisons nerveuses (compartiment présynaptique). Ainsi, une protéine (Une protéine est une macromolécule biologique composée par une ou plusieurs chaîne(s) d'acides aminés liés entre eux par des liaisons peptidiques. En...) produite dans le corps cellulaire peut mettre plusieurs jours (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...) avant d'atteindre des synapses distantes. La question du mécanisme de renouvellement rapide des protéines aux synapses était encore énigmatique.

Le Dr. Etienne Herzog à l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter...) interdisciplinaire (Un travail interdisciplinaire intègre des concepts provenant de différentes disciplines.) de neuroscience (Les neurosciences correspondent à l'ensemble de toutes les disciplines biologiques et médicales qui étudient tous les aspects, tant normaux que...) de Bordeaux a établi la méthode la plus avancée dans le domaine de la purification des synapses à partir 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...) 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 laboratoire, mais aussi de nombreuses...). Ceci a permis, en collaboration avec le laboratoire du Pr. Erin Schuman à l'Institut Max Planck 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...) sur le cerveau à Francfort-sur-le-Main, d'isoler les ARN messagers enrichis dans les terminaisons pré-synaptiques et de les séquencer par les méthodes les plus sensibles de transcriptomique. Leur travail a révélé que les ARN messagers transcrits de plus de 450 gènes sont transportés aux pré-synapses afin d'y être traduit en protéine.

La plasticité synaptique mise en jeu lors des apprentissages nécessite l'apport de nouvelles protéines. En mesurant la synthèse protéique et en observant sa localisation, les auteurs ont pu montrer comment des protéines importantes pour les synapses sont rapidement synthétisées sur place pour participer au maintien et à la plasticité des réseaux de neurones. Mieux encore ! Ils ont montré que certains protocoles de stimulation (Une stimulation est un événement physique ou chimique qui active une ou plusieurs cellules réceptrices de l'organisme. La cellule traduit la stimulation...) de la plasticité synaptique activent aussi la synthèse locale de protéines aux synapses. La mise en évidence de ces nouveaux mécanismes permet de mieux comprendre comment les neurones maintiennent la mémoire pendant plusieurs années parfois tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) en renouvelant en permanence le matériel protéique dont ils sont constitués. Ce renouvellement progressif continu des protéines usagées par de nouvelles est indispensable au bon fonctionnement des neurones et sa perturbation est suspectée dans les maladies neuro-dégéneratives. Cette découverte ouvre de nouvelles perspectives sur les mécanismes de la plasticité synaptique et la compréhension de leur perturbation lors de maladies cérébrales (déficits cognitifs d'origine génétique (La génétique (du grec genno γεννώ = donner naissance) est la science qui étudie l'hérédité et les gènes.), maladies neuro-dégénératives).


Figure: Les boutons présynaptiques fabriquent leurs propres protéines.
Gauche: Ces trois images montrent un même dendrite (Trois significations sont possibles:) (vert), les boutons présynaptiques (violet) qui font contact avec lui et les sites de production de protéines (rouge). Pour obtenir la résolution de séparation (D'une manière générale, le mot séparation désigne une action consistant à séparer quelque chose ou son résultat. Plus particulièrement il est employé dans plusieurs domaines :) suffisante les échantillons ont été agrandit en utilisant une nouvelle technique appelée "microscopie (La microscopie est l'observation d'un échantillon (placé dans une préparation microscopique plane de faible épaisseur) à travers le microscope. La...) après expansion". Lorsqu'on zoome sur la partie post-synaptique, aussi appelée épine (images de droite), on observe que l'épine et un des deux boutons présynaptiques qu'elle reçoit, présentent des sites de production de protéines (rouge). Échelle 500 nanomètres. Droite: Schéma d'une synapse isolée par purification. Leur contenu en ARN messagers (codant les protéines) et en ribosomes (unités de traduction des ARN en protéines) a été mis en évidence par les auteurs.

© Anne-Sophie Hafner & Etienne Herzog.

Pour en savoir plus:
Local protein synthesis is a ubiquitous feature of neuronal pre- and postsynaptic compartments.
Hafner A-S, Donlin-Asp PG, Leitch B, Herzog E & Schuman EM (2019)
Science 364: DOI: 10.1126/science.aau3644
Max Planck Institute for Brain Research

Contacts chercheurs:
- Etienne Herzog - 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...) CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand organisme de recherche scientifique public français (EPST).) à l'Institut interdisciplinaire de neurosciences (IINS) - (CNRS/Univ. Bordeaux)
- Anne-Sophie Hafner - Post-doctorante au Max Planck institute for brain research - Frankfurt
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