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Les neurones s’intègrent... en prenant leur temps!

Publié le 21 novembre 2019 Mis à jour le 25 novembre 2019

Une équipe de chercheurs menée par Pierre Vanderhaeghen et Vincent Bonin (VIB-KU Leuven, Université libre de Bruxelles et NERF) est parvenue à démontrer comment les neurones humains peuvent se développer à leur propre rythme, formant des connexions très précises avec les neurones de souris qui les entourent.

Publiée dans le journal scientifique Neuron, cette découverte jette une lumière nouvelle sur les caractéristiques uniques du cerveau humain et ouvre de nouvelles perspectives pour le traitement des lésions et l’étude des maladies du cerveau.

Le cortex cérébral, qui est la couche externe de notre cerveau – souvent appelé "matière grise" – est l’une des structures les plus complexes présentes dans un organisme vivant. C’est à lui que l’on doit les capacités cognitives qui nous distinguent des autres animaux.

"Une caractéristique remarquable des neurones humains est leur développement particulièrement long. Les circuits neuronaux humains mettent des années à atteindre la maturité, contre quelques semaines seulement chez la souris et quelques mois chez le singe."  explique le neuroscientifique Pierre Vanderhaeghen (VIB-KU Leuven & Université libre de Bruxelles).

"Cette longue période de maturation laisse beaucoup plus de temps pour la modulation des cellules et des circuits qui se forment dans le cerveau : c’est ainsi que nous pouvons apprendre de manière efficace pendant longtemps, jusqu’à la fin de l’adolescence. C’est une caractéristique très importante, unique à notre espèce, mais ses origines demeurent un mystère."

Il est essentiel de comprendre les mécanismes qui sous-tendent la formation des circuits cérébraux afin, par exemple, de traiter les maladies du cerveau: "Des liens ont été identifiés entre les perturbations du développement de ces circuits et les déficiences intellectuelles, par exemple, ou encore certains troubles psychiatriques tels que la schizophrénie. Il était cependant impossible d’étudier de très près les circuits neuronaux humains en action… mais plus maintenant !" ajoute le professeur Vincent Bonin, de Neuro-Electronics Research Flanders (NERF, soutenu par imec, la KU Leuven et le VIB).

Des neurones humains dans un cerveau de souris

Dans le cadre d’une initiative de recherche conjointe, les équipes des professeurs Vanderhaeghen et Bonin ont mis au point une stratégie innovante pour greffer des neurones individuels humains dans des cerveaux de souris et suivre leur développement au fil du temps.

Daniele Linaro, premier auteur de l'article, explique le procédé: "Nous avons différencié des cellules souches embryonnaires humaines en neurones, que nous avons injectés dans le cerveau de souriceaux. Cela nous a permis d’examiner des neurones humains dans un cerveau vivant pendant de nombreux mois. Nous pouvons également faire appel à toute une gamme d’outils biologiques dans ces cellules afin d’étudier la formation des circuits neuronaux humains et les maladies du cerveau humain."

Les chercheurs ont découvert que les cellules greffées se développaient de la même manière que dans un cerveau humain, avec une période de maturation de plusieurs mois caractéristique des neurones humains. Cela signifie que le développement de nos neurones pourrait suivre une "horloge interne" étonnamment indépendante de leur environnement.

De plus, les cellules humaines étaient capables de fonctionner au sein des circuits neuronaux de la souris. "Après des mois de maturation, les neurones humains ont commencé à traiter des informations, par exemple en répondant à des stimulus visuels de l’environnement", explique Ben Vermaercke, qui a réalisé les expériences aux côtés de Daniele Linaro. "Les cellules humaines réagissaient même différemment en fonction du type de stimulus, ce qui révèle un degré de précision étonnant dans les connexions entre les cellules greffées et les circuits de la souris receveuse."

Une étape qui ouvre de nombreuses portes

Cette étude représente la première démonstration d’une réelle intégration de neurones dérivés de cellules souches pluripotentes humaines dans un circuit cérébral. Selon Vincent Bonin,

"cette avancée technologique majeure offre des possibilités fascinantes sur l’étude de la manière dont les informations génétiques, l’environnement et le comportement déterminent ensemble les connexions au sein du cerveau."

Ce modèle pourrait être utilisé, d’une part, pour étudier toute une gamme de maladies soupçonnées d’influencer le développement des neurones humains en circuits neuronaux. Les chercheurs utiliseront des neurones qui présentent des mutations génétiques associées à des maladies telles que des déficiences intellectuelles, afin de tenter de comprendre les problèmes qui peuvent survenir pendant la maturation et la formation des circuits.

"Nos conclusions indiquent également que les neurones conservent leurs propriétés 'jeunes' même dans un cerveau adulte (de souris). Cela pourrait avoir des retombées importantes dans le domaine de la réparation neuronale",

ajoute Pierre Vanderhaeghen. "Le fait que de jeunes neurones humains greffés soient capables de s’intégrer dans des circuits adultes est très prometteur en ce qui concerne la mise au point de traitements pour la neurodégénérescence ou les accidents vasculaires cérébraux, en greffant de nouveaux neurones pour remplacer ceux qui ont été perdus."

Contacts & références

Référence de l'article

Linaro, Vermaercke et al. 2019 Neuron
Xenotransplanted human cortical neurons reveal species-specific development and functional integration into mouse visual circuits

DOI : 10.1016/j.neuron.2019.10.002

https://www.cell.com/neuron/fulltext/S0896-6273(19)30850-5#%20

Illustration

Publication Linaro et al. Neuron 2019
Schéma de l’expérience menée :

les chercheurs ont injecté chez la souris des cellules souches embryonnaires humaines différenciées en neurones (ligne 1). Ils ont observé la maturation et les propriétés de ces neurones au fil du temps (ligne 2). Couplés à un indicateur, les neurones montrent une activité en réponse à des stimuli visuels spécifiques, démontrant un haut niveau de précision de leurs connexions (ligne 3).

Contact: Pierre Vanderhaeghen

IRIBHM, Faculté de Médecine
ULB Neuroscience Institute (UNI)

pvdhaegh@ulb.ac.be
+32 472 58 61 09