Le câblage complexe du système nerveux peut reposer sur une poignée de gènes et de protéines seulement

Le câblage complexe du système nerveux peut reposer sur une poignée de gènes et de protéines seulement

Une découverte fournit des indices sur le développement des maladies neurologiques et du cancer

LA JOLLA, CA — Des chercheurs du Salk Institute ont découvert une caractéristique surprenante du développement cérébral précoce qui contribue à expliquer comment des schémas complexes de câblage neuronal sont programmés à l'aide de quelques gènes essentiels. Ces résultats, publiés dans Cellule, pourrait aider les scientifiques à développer de nouvelles thérapies pour les troubles neurologiques, tels que la sclérose latérale amyotrophique (SLA), et apporter des informations sur certains cancers.

Les chercheurs de Salk ont découvert que seules quelques protéines situées sur le bord d'attaque de l'axone d'un motoneurone – son « fil » électrique sortant – et dans la masse extracellulaire qu'il traverse guident le nerf lors de sa sortie de la moelle épinière. Ces molécules peuvent attirer ou repousser l'axone, selon le chemin long et sinueux qu'il doit emprunter pour finalement se connecter au muscle cible.

« Le neurone en herbe doit détecter l'environnement local dans lequel il se développe et décider où il se trouve, et s'il doit croître droit, se déplacer vers la gauche ou la droite, ou s'arrêter », explique le chercheur principal de l'étude. Sam Pfaff, professeur à Salk Laboratoire d'expression génique et un chercheur du Howard Hughes Medical Institute.

Cette image montre les nerfs (étiquetés en vert) qui contrôlent les mouvements du corps sortant de la moelle épinière d'une souris (en haut à gauche, en coupe transversale) et se connectant aux muscles de la base de la jambe.

Les chercheurs de Salk ont découvert qu'une combinaison de gènes dirige les nerfs vers la division dans la jambe (en bas à droite) pour établir les connexions appropriées avec leurs muscles cibles au cours du développement précoce.

Image : Avec l'aimable autorisation de Dario Bonanomi, Salk Institute for Biological Studies

« Il y parvient en mélangeant et en associant seulement une poignée de produits protéiques pour créer des complexes qui indiquent à un neurone en croissance la direction à prendre, de la même manière qu’une voiture utilise les signaux GPS qu’elle reçoit pour la guider à travers une ville inconnue », explique-t-il.

Le cerveau contient des millions de fois plus de connexions neuronales que de gènes présents dans l'ADN des cellules cérébrales. Il s'agit de l'une des premières études visant à comprendre comment un neurone en croissance intègre de nombreuses informations différentes pour atteindre sa cible et établir une connexion fonctionnelle.

« Nous nous sommes concentrés sur les motoneurones qui contrôlent les mouvements musculaires, mais le même phénomène se produit tout au long du développement embryonnaire de l'ensemble du système nerveux, au cours duquel des millions d'axones prennent des milliards de décisions en se déplaçant vers leurs cibles », explique-t-il. « C'est la spécificité exceptionnelle avec laquelle ils se développent qui sous-tend l'architecture fondamentale et le bon fonctionnement du système nerveux. »

Ces résultats pourraient éventuellement apporter un nouvel éclairage sur un certain nombre de troubles cliniques liés à un fonctionnement défectueux des cellules nerveuses, comme la SLA, également connue sous le nom de maladie de Lou Gehrig, explique le premier auteur de l'article, Dario Bonanomi, chercheur postdoctoral dans le laboratoire de Pfaff.

« Ce sont les motoneurones qui meurent dans des maladies comme la maladie de Lou Gehrig et qui sont liés à une maladie génétique chez les enfants connue sous le nom d'atrophie musculaire spinale », explique Bonanomi.

« C'est également un point de départ pour tenter de comprendre les causes des anomalies du système nerveux qui peuvent survenir pendant le développement fœtal », a-t-il ajouté. « Une meilleure compréhension de ces signaux pourrait contribuer à régénérer et à reprogrammer les circuits après des maladies ou des lésions du système nerveux. »

Les chercheurs affirment que l'étude apporte également des informations sur le développement du cancer, car une protéine qu'ils ont identifiée comme essentielle au système de signalisation « push-and-pull » – Ret – est également liée au cancer. Les mutations qui activent Ret sont liées à différents types de tumeurs.

Les autres récepteurs protéiques décrits dans l’étude, connus sous le nom d’Ephs, ont également été impliqués dans le cancer, explique Pfaff.

« Cette étude suggère que la façon dont les cellules détectent les signaux dans leur environnement est probablement une stratégie universelle », dit-il, « et nous savons que les gènes et les protéines connus pour fonctionner principalement pendant le développement embryonnaire ont été liés au cancer. »

« Le contrôle de la croissance neuronale nécessite des molécules de signalisation très puissantes, et il est logique qu'elles soient liées à la maladie », explique Pfaff. « Nous espérons que nos découvertes contribueront à mieux comprendre ces liens. »

L'étude a été financée par le Institut national des troubles neurologiques et des maladies et par Institut médical Howard Hughes.

Les co-auteurs incluent, de Salk, Onanong Chivatakar, Ge Bai et Karen Lettieri ; Houari Abdesselem et Brian A. Pierchala, de l'École de dentisterie de l'Université du Michigan ; et Till Marquardt, de l'Institut européen des neurosciences de Göttingen, en Allemagne.

À propos du Salk Institute for Biological Studies :
Le Salk Institute for Biological Studies est l'un des principaux instituts de recherche fondamentale au monde. Des professeurs de renommée internationale y explorent des questions fondamentales des sciences de la vie dans un environnement unique, collaboratif et créatif. Axés à la fois sur la découverte et sur l'encadrement des futures générations de chercheurs, les scientifiques du Salk contribuent de manière révolutionnaire à notre compréhension du cancer, du vieillissement, de la maladie d'Alzheimer, du diabète et des maladies infectieuses en étudiant les neurosciences, la génétique, la biologie cellulaire et végétale, et les disciplines connexes.

Les réalisations de ses professeurs ont été récompensées par de nombreuses distinctions, dont des prix Nobel et des adhésions à l'Académie nationale des sciences. Fondé en 1960 par le Dr Jonas Salk, pionnier du vaccin contre la polio, l'Institut est une organisation indépendante à but non lucratif et un monument architectural.