Lorsqu'il s'agit de ressentir de la douleur, du toucher ou des démangeaisons, l'emplacement compte

Lorsqu'il s'agit de ressentir de la douleur, du toucher ou des démangeaisons, l'emplacement compte

La recherche de Salk est la première à décrire où se situent les différentes cellules associées au déclenchement des réflexes sensorimoteurs dans la moelle épinière

LA JOLLA — Lorsque vous touchez une plaque de cuisson chaude, votre main se retire par réflexe ; si vous manquez un barreau d'une échelle, vous vous rattrapez instinctivement. Ces deux mouvements durent une fraction de seconde et ne nécessitent aucune réflexion préalable. Des chercheurs du Salk Institute ont désormais cartographié l'organisation physique des cellules de la moelle épinière qui contribuent à la médiation de ces « réflexes sensorimoteurs » essentiels, ainsi que d'autres.

Le nouveau plan directeur de cet aspect du système sensorimoteur, décrit en ligne dans Neuron le 11 novembre 2020, pourrait conduire à une meilleure compréhension de la façon dont elle se développe et peut mal tourner dans des conditions telles que des démangeaisons ou des douleurs chroniques.

« De nombreuses recherches ont été menées à la périphérie de ce système, examinant comment les cellules de la peau et des muscles génèrent des signaux, mais nous ne savions pas comment ces informations sensorielles sont transmises et interprétées une fois qu'elles atteignent la moelle épinière », explique Martyn Goulding, professeur au laboratoire de neurobiologie moléculaire de Salk et titulaire de la chaire Frederick W. et Joanna J. Mitchell. « Ces nouveaux travaux nous apportent une compréhension fondamentale de l'architecture de notre système sensorimoteur. »

Les comportements réflexes, observés même chez les nouveau-nés, sont considérés comme l'un des éléments constitutifs les plus simples du mouvement. Or, les réflexes doivent traduire rapidement les informations des neurones sensoriels qui détectent le toucher, la chaleur et les stimuli douloureux aux motoneurones, qui déclenchent l'action musculaire. Pour la plupart des réflexes, les connexions entre les neurones sensoriels et les motoneurones sont assurées par des interneurones de la moelle épinière, qui jouent en quelque sorte le rôle d'« intermédiaires », permettant ainsi de gagner du temps en contournant le cerveau. L'organisation de ces intermédiaires pour coder les actions réflexes est mal comprise.

Goulding et ses collègues ont utilisé un ensemble d'outils d'ingénierie moléculaire développés au cours de la dernière décennie pour étudier l'organisation de ces réflexes spinaux chez la souris. Ils ont d'abord cartographié les interneurones actifs lorsque les souris réagissaient par réflexe à des sensations telles que des démangeaisons, une douleur ou un toucher. Ils ont ensuite sondé la fonction des interneurones en les activant et en les désactivant individuellement et en observant l'impact sur les comportements réflexes qui en résultaient.

« Nous avons découvert que chaque réflexe sensorimoteur était défini par des neurones dans le même espace physique », explique le chercheur postdoctoral. Graziana Gatto, premier auteur de la nouvelle étude. « Des neurones différents, situés au même endroit, même s'ils présentaient des signatures moléculaires très différentes, avaient la même fonction, tandis que des neurones plus similaires, situés dans différentes zones de la moelle épinière, étaient responsables de réflexes différents. »

Les interneurones de la couche la plus externe de la moelle épinière étaient responsables de la transmission des messages réflexes liés aux démangeaisons entre les cellules sensorielles et motrices. Les interneurones plus profonds relayaient les messages de douleur, incitant par exemple une souris à bouger un pied touché par une épingle. Et les interneurones les plus profonds aidaient les souris à maintenir leur équilibre par réflexe, stabilisant leur corps pour éviter les chutes. Mais au sein de chaque zone spatiale, les neurones présentaient des propriétés et des identités moléculaires différentes.

« Ces comportements réflexifs doivent être très robustes pour survivre », explique Goulding. « Ainsi, la présence de différentes classes d'interneurones dans chaque zone contribuant à un réflexe particulier crée une redondance au sein du système. »

En démontrant que l’emplacement de chaque type d’interneurone dans la moelle épinière importe plus que l’origine développementale ou l’identité génétique de la cellule, l’équipe a testé et confirmé une théorie existante sur la façon dont ces systèmes réflexes sont organisés.

Maintenant qu'ils connaissent l'architecture physique des circuits interneurones qui composent ces différentes voies réflexes, les chercheurs prévoient de futures études pour comprendre comment les messages sont transmis et comment les neurones de chaque espace interagissent entre eux. Ces connaissances sont désormais utilisées pour étudier comment des modifications pathologiques du système somatosensoriel entraînent des démangeaisons ou des douleurs chroniques. document d'accompagnementGatto et Goulding ont collaboré avec Rebecca Seal de l’Université de Pittsburgh pour cartographier l’organisation des neurones qui génèrent différentes formes de douleur chronique.

Parmi les autres auteurs figuraient Steeve Bourane, Xiangyu Ren, Stefania Di Constanzo et Peter Fenton du Salk Institute, ainsi que Priyabrata Halder et Rebecca Seal de la faculté de médecine de l'université de Pittsburgh.

Le travail a été soutenu par des subventions des National Institutes of Health, de l'EMBO, du HA et du Mary K. Chapman Charitable Trust et de la Fondation David Scaife.

DOI: 10.1016 / j.neuron.2020.10.003