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Devenir une cellule nerveuse, tout est une question de timing

Publié le 13 août 2020 Mis à jour le 19 août 2020

Les mitochondries sont de petits organelles (composants) qui fournissent l'énergie essentielle à chaque cellule de notre corps, en particulier dans le cerveau. Dans le dernier numéro de Science, une équipe de chercheurs dirigée par Pierre Vanderhaeghen (IRIBHM, UNI, Faculté de Médecine, Université libre de Bruxelles et VIB-KU Leuven) montre que les mitochondries régulent également un événement clé du développement du cerveau : la façon dont les cellules souches neuronales deviennent des cellules nerveuses. Ces découvertes fondamentales mettent en évidence une fonction inattendue des mitochondries qui pourrait contribuer à expliquer comment l'homme a développé un cerveau plus gros au cours de son évolution, et comment les défauts de ces organelles conduisent à des maladies neurodéveloppementales.

Notre cerveau est constitué de milliards de neurones incroyablement divers. Ils apparaissent pour la première fois dans le cerveau en développement lorsque les cellules souches cessent de se renouveler et se différencient en un type particulier de neurone. Ce processus, appelé neurogenèse, est précisément régulé pour donner naissance à l'énorme structure complexe qu'est notre cerveau. On pense que de petites différences dans la façon dont les cellules souches neurales génèrent les neurones sont à l'origine de l'augmentation spectaculaire de la taille et de la complexité de notre cerveau.

Pour mieux comprendre ce processus complexe, le prof. Pierre Vanderhaeghen (IRIBHM, UNI, Faculté de Médecine, Université libre de Bruxelles et VIB-KU Leuven) et ses collègues ont examiné les mitochondries, de petits organelles qui fournissent de l'énergie à chaque cellule du corps, y compris au cerveau en développement.

"Les maladies causées par des défauts dans les mitochondries entraînent des problèmes de développement dans de nombreux organes, en particulier le cerveau", explique Vanderhaeghen, spécialiste des cellules souches et de la neurobiologie du développement.
 

"Avant on pensait que cela était lié à la fonction cruciale des mitochondries qui consiste à fournir de l'énergie aux cellules, mais ce n'est qu'une partie de la réalité: des recherches récentes sur les cellules souches suggèrent que les mitochondries ont une influence directe sur le développement des organes. Nous avons testé si, et comment, cela pouvait être le cas dans le cerveau".

Fission et fusion

Avec son équipe, il a étudié si le remodelage des mitochondries est couplé à la production de cellules nerveuses. "Les mitochondries sont des organismes très dynamiques, qui peuvent s'assembler (fusion) ou se séparer (fission), et nous savons que cette dynamique peut êre associée à des changements de destin dans divers types de cellules souches", explique M. Vanderhaeghen.

Ryohei Iwata, chercheur postdoctoral au laboratoire de Pierre Vanderhaeghen, a développé une nouvelle méthode pour observer les mitochondries de manière très détaillée au cours du temps, en prenant sur « le fait » les cellules souches neurales qui deviennent des neurones.
 

"Nous avons découvert que peu de temps après la division des cellules souches, les mitochondries des cellules filles destinées à s'auto-renouveler fusionnent, alors que celles des cellules filles qui deviennent des neurones présentent plutôt des niveaux élevés de fission", explique Iwata.

Mais ce n'était pas une simple coïncidence : en effet, les chercheurs ont pu montrer qu'une fission accrue des mitochondries favorise en fait la différenciation vers un destin neuronal, tandis que la fusion des mitochondries après la mitose redirige les cellules filles vers l'auto-renouvellement.

Fenêtre temporelle

La dynamique des mitochondries est donc importante pour devenir un neurone - mais il y a plus.

"Nous avons découvert que l'influence de la dynamique mitochondriale sur le choix du destin des cellules est limitée à une fenêtre temporelle très spécifique, juste après la division cellulaire", explique Pierre Casimir, doctorant dans le laboratoire de Pierre Vanderhaeghen. "Il est intéressant de noter que la fenêtre temporelle restreinte est deux fois plus longue chez l'homme que chez la souris."

"Des recherches précédentes on montré que le choix du devenir des cellules s’effectuait avant la division cellulaire, mais nos données révèlent que le sort des cellules peut être influencé pendant une période beaucoup plus longue, même après la division des cellules souches neurales
", explique Vanderhaeghen.


Cela pourrait avoir des implications intéressantes dans le domaine émergeant de la reprogrammation cellulaire, où les scientifiques tentent de convertir des cellules non neuronales directement en cellules neuronales, à des fins thérapeutiques par exemple.

"Comme cette période de plasticité est beaucoup plus longue dans les cellules humaines que dans les cellules de souris, il est tentant de spéculer qu'elle contribue à l'augmentation de la capacité d'auto-renouvellement des cellules progénitrices humaines, et donc aux capacités cérébrales et cognitives uniques de notre espèce". Il est fascinant de penser que les mitochondries, petits organelles qui ont évoluent dans nos cellules depuis plus d'un milliard d'années, pourraient avoir contribué à l'évolution récente du cerveau humain.

Contact scientifique

Pierre Vanderhaeghen

IRIBHM, UNI, Faculté de Médecine, Université libre de Bruxelles

Email : pvdhaegh@ulb.ac.be

Credit:VIB – Ryohei Iwata

Contact
Communication Recherche : com.recherche@ulb.ac.be