De nouveaux types de cellules cérébrales révélés

De nouveaux types de cellules cérébrales révélés

Les scientifiques de Salk et de l'UC San Diego ont analysé les modèles de méthylation des neurones pour trouver de nouveaux sous-types

LA JOLLA—Sous un microscope, il peut être difficile de faire la différence entre deux neurones, les cellules cérébrales qui stockent et traitent les informations. Les scientifiques se sont donc tournés vers les méthodes moléculaires pour tenter d'identifier des groupes de neurones aux fonctions différentes.

Aujourd'hui, l'Institut Salk et Université de Californie à San Diego les scientifiques ont, pour la première fois, profilé les modifications chimiques des molécules d'ADN dans les neurones individuels, donnant les informations les plus détaillées à ce jour sur ce qui différencie une cellule cérébrale de sa voisine. Il s'agit d'une étape critique pour commencer à identifier le nombre de types de neurones existants, ce qui a échappé aux neuroscientifiques, mais pourrait conduire à une meilleure compréhension du développement et du dysfonctionnement du cerveau. Le méthylome de chaque cellule - le modèle de marqueurs chimiques constitués de groupes méthyle qui clouent son ADN - a donné une lecture distincte qui a aidé l'équipe de Salk à trier les neurones en sous-types. L'ouvrage paraît dans la revue Science sur Août 10, 2017.

"Nous pensons qu'il est assez frappant de pouvoir séparer un cerveau en cellules individuelles, séquencer leurs méthylomes et identifier de nombreux nouveaux types de cellules ainsi que leurs éléments de régulation génétique, les commutateurs génétiques qui distinguent ces neurones les uns des autres", déclare co- auteur principal Joseph Ecker, professeur et directeur du laboratoire d'analyse génomique de Salk et chercheur du Institut médical Howard Hughes.

Dans le passé, pour identifier ce qui différencie les différents types de neurones les uns des autres, les chercheurs ont étudié les niveaux de molécules d'ARN à l'intérieur des cellules cérébrales individuelles. Mais les niveaux d'ARN peuvent changer rapidement lorsqu'une cellule est exposée à de nouvelles conditions, ou même tout au long de la journée. L'équipe de Salk s'est donc plutôt tournée vers les méthylomes des cellules, qui sont généralement stables tout au long de l'âge adulte.

"Nos recherches montrent que nous pouvons clairement définir les types de neurones en fonction de leurs méthylomes", déclare Marguerite Behrens, un scientifique senior de Salk et co-auteur principal du nouveau document. "Cela ouvre la possibilité de comprendre ce qui fait que deux neurones - qui se trouvent dans la même région du cerveau et se ressemblent par ailleurs - se comportent différemment."

L'équipe a commencé ses travaux sur le cerveau des souris et des humains en se concentrant sur le cortex frontal, la zone du cerveau responsable de la pensée complexe, de la personnalité, des comportements sociaux et de la prise de décision, entre autres. Ils ont isolé 3,377 2,784 neurones du cortex frontal de souris et 25 XNUMX neurones du cortex frontal d'un humain décédé de XNUMX ans.

Les chercheurs ont ensuite utilisé une nouvelle méthode qu'ils ont récemment développée appelée snmC-seq pour séquencer les méthylomes de chaque cellule. Contrairement à d'autres cellules du corps, les neurones ont deux types de méthylation, de sorte que l'approche a cartographié les deux types, appelés méthylation CG (pour la séquence d'ADN contenant les nucléotides cytosine et guanine) et méthylation non CG.

Les neurones du cortex frontal de la souris, ont-ils découvert, se sont regroupés en 16 sous-types basés sur des schémas de méthylation, tandis que les neurones du cortex frontal humain étaient plus diversifiés et formaient 21 sous-types. Les neurones inhibiteurs - ceux qui fournissent des signaux d'arrêt pour les messages dans le cerveau - ont montré des schémas de méthylation plus conservés entre les souris et les humains par rapport aux neurones excitateurs. L'étude a également identifié des sous-types uniques de neurones humains qui n'avaient jamais été définis auparavant. Ces résultats ouvrent la porte à une meilleure compréhension de ce qui distingue le cerveau humain de celui des autres animaux.

«Cette étude ouvre une nouvelle fenêtre sur l'incroyable diversité des cellules cérébrales», déclare Eran Mukamel du département des sciences cognitives de l'UC San Diego, co-auteur principal de l'ouvrage.

Ensuite, les chercheurs prévoient d'étendre leur étude sur le méthylome pour examiner plus de parties du cerveau et plus de cerveaux.

«Il existe des centaines, voire des milliers, de types de cellules cérébrales qui ont des fonctions et des comportements différents et il est important de savoir quels sont tous ces types pour comprendre le fonctionnement du cerveau», déclare Chongyuan Luo, associé de recherche chez Salk et co-premier auteur du nouvel article, avec Christopher Keown, étudiant diplômé de l'UC San Diego. «Notre objectif est de créer une liste de pièces de cerveaux de souris et humains.»

Une fois que cette «liste de pièces» est complète, Ecker dit qu'ils aimeraient également commencer à étudier si les méthylomes des neurones chez les personnes atteintes de maladies cérébrales sont différents de ceux des personnes en bonne santé. «S'il y a un défaut dans seulement un pour cent des cellules, nous devrions être en mesure de le voir avec cette méthode», dit-il. «Jusqu'à présent, nous n'aurions eu aucune chance de ramasser quelque chose dans ce petit pourcentage de cellules.»

Les autres chercheurs de l'étude étaient Jingtian Zhou, Yupeng He, Rosa Castanon, Jacinta Lucero, Joseph Nery, Justin Sandoval, Brian Bui et Terrence Sejnowski du Salk Institute ; Junhao Li de l'UC San Diego ; et Laurie Kurihara et Timothy Harkins de Swift Biosciences inc.

Les travaux et les chercheurs impliqués ont été soutenus par des subventions du Initiative NIH BRAIN, un Institut médical Howard Hughesainsi que, National Institutes of Health.