le 16 août 2006
La Jolla, Californie – En utilisant des molécules impliquées dans la mue des insectes, des chercheurs du Salk Institute for Biological Studies ont créé une méthode de laboratoire capable de désactiver rapidement les neurones du cerveau et de la moelle épinière des animaux vivants – et de les réactiver tout aussi rapidement. .
Le soi-disant « système AlstR/AL », détaillé dans le numéro du 20 juillet de Neuron, représente une avancée significative dans l'étude des neurosciences, selon les scientifiques, car il est désormais possible de contrôler précisément l'activité de types de cellules neuronales spécifiques afin de comprendre leur rôle dans des réseaux complexes.
Cette nouvelle méthode aidera à expliquer comment l'information est traitée dans le cerveau ; et quelles cellules nerveuses spécifiques travaillent ensemble pour médier la sensation, la cognition et le contrôle moteur. Comprendre les circuits neuronaux qui sous-tendent le fonctionnement du cerveau est une étape cruciale vers le développement de meilleurs dispositifs pour réparer le cerveau malade.
"Cette technique est bien adaptée aux études détaillées des circuits neuronaux, de la perception et du comportement à une résolution qui n'a jamais été possible auparavant", explique l'auteur principal de l'étude. Edward M. Callaway, Ph.D., professeur titulaire aux Laboratoires de neurobiologie des systèmes.
"D'autres méthodes utilisées jusqu'à présent pour étudier le rôle de neurones spécifiques en les faisant taire finissent souvent par tuer les cellules d'intérêt ou sont trop lentes pour comprendre correctement le but de ces cellules", explique Callaway.
Les neuroscientifiques tentent de distinguer la contribution de chacun des milliers de types de neurones présents dans le système nerveux des mammifères. "Nous voulons comprendre la fonction des différents types d'arbres qui constituent cette forêt complexe", explique-t-il.
"Dans le système nerveux des mammifères, des milliards de neurones sont situés les uns à côté des autres et chacun d'eux a des milliers de processus entrelacés. De loin, cela ressemble à un enchevêtrement impossible, mais quand vous regardez de plus près, vous voyez que cette jungle est en réalité composée de types de neurones distincts", explique Callaway. "Chaque type de neurone joue un rôle précis et est connecté aux autres neurones d'une manière unique. Nous devons donc comprendre comment fonctionnent ces circuits spécifiques et comment ils contrôlent le comportement. Nous pouvons le faire maintenant en désactivant des types spécifiques de neurones. , d’un seul coup, sans affecter les autres neurones proches. »
L'étude décrit comment l'équipe Salk, composée de huit membres, a conçu la méthode et l'a testée sur des souris, des rats, des furets et des singes, en se concentrant sur les neurones du cortex et du thalamus du cerveau.
La technique comporte deux étapes. La première consiste à délivrer un gène à l'aide d'un vecteur viral. Le gène est capté par toutes les cellules nerveuses mais n'est actif que dans la classe de cellules neuronales à laquelle il est spécifiquement ciblé. Il code pour la production du Drosophila récepteur de l'allatostatine (AlstR). L'allatostatine est nommée pour son rôle dans la régulation de la métamorphose chez certains insectes; Corpora allata, tissu spécialisé dans la tête des insectes, sécrète des hormones qui régulent le processus.
Ce récepteur d'insecte n'a aucune fonction innée dans le cerveau d'un mammifère et "à lui seul, il ne peut rien faire", explique Callaway.
La deuxième étape consiste à administrer l'allostatine (AL), le ligand hormonal qui adhère au récepteur de l'allostatine et l'active. "L'activation du récepteur arrête complètement l'activité des neurones et, comme il s'agit d'un peptide d'insecte, il n'y a aucun effet secondaire chez les animaux", explique Callaway. Il suffit d’une minute pour faire taire les neurones et ils peuvent rester inactivés pendant des heures jusqu’à ce que les chercheurs choisissent d’inverser le processus.
Pour ce faire, ils rincent simplement le peptide AL. "Dès que le peptide est éliminé, les cellules nerveuses retrouvent leur fonction et vous pouvez répéter le processus encore et encore en toute sécurité", dit-il.
"Les chercheurs ont démontré que la méthode permet de faire taire de manière réversible les neurones du cerveau en général, et des études futures l'utiliseront pour activer et désactiver des types spécifiques de neurones", explique Callaway. Dans cette étude, ils ont également prouvé que la technique peut faire taire l’activité neuronale dans la moelle épinière d’animaux transgéniques dont les cellules nerveuses ont été modifiées pour exprimer naturellement AlstR, y compris les neurones individuels.
"Nous sommes très enthousiasmés par cette technique", déclare Callaway. "Nous pensons que cela aura un impact considérable sur nos efforts visant à comprendre le fonctionnement du cerveau et de la moelle épinière."
Les chercheurs qui ont contribué à cette étude sont les co-premiers auteurs Elaine M. Tan Ph.D. et Yoshiaki Yamaguchi, Ph.D., du Laboratoire de neurobiologie des systèmes, Gregory Horwitz, Ph.D. et Thomas Albright Ph.D. au Centre de la vision, Simon Gosgnach, Ph.D., et Martyn Goulding, Ph.D., aux Laboratoires de neurobiologie moléculaire, et Edward S. Lein, Ph.D., ancien chercheur au Centre de la vision et maintenant au Allen Institute for Brain Science à Seattle.
Le Salk Institute for Biological Studies de La Jolla, en Californie, est une organisation indépendante à but non lucratif dédiée aux découvertes fondamentales dans les sciences de la vie, à l'amélioration de la santé humaine et à la formation des futures générations de chercheurs. Jonas Salk, MD, dont le vaccin contre la poliomyélite a pratiquement éradiqué la poliomyélite, une maladie invalidante en 1955, a ouvert l'Institut en 1965 grâce à un don de terrain de la ville de San Diego et au soutien financier de la Marche des dix sous.
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