Comment les neurones rivalisent pour perdre leur lien

Les chercheurs détaillent le mécanisme de la concurrence entre les synapses et l'élimination des synapses faibles et bruyantes au cours du développement

Université Kyūshū

image : Au début du développement, les neurones appelés cellules mitrales développent plusieurs branches pour se connecter à plusieurs glomérules. Comme un bonsaï, au fur et à mesure que le développement progresse, les branches se renforcent et se taillent. Mais alors que les chercheurs ont étudié de près le mécanisme de renforcement des branches, la façon dont la taille a été induite est restée sous-étudiée. Les chercheurs de l'Université de Kyushu ont découvert que lorsque les cellules mitrales reçoivent le neurotransmetteur glutamate, le signal subséquent déclenche la suppression locale de RhoA, protégeant cette dendrite. Dans le même temps, la dépolarisation active la machinerie d'élagage - contrôlée par RhoA - dans les dendrites qui n'ont pas reçu l'apport de glutamate. La dendrite gagnante prend tout.Voir plus

Crédit : Université de Kyushu/Imai Lab

Fukuoka, Japon—Des chercheurs de l'Université de Kyushu ont découvert les mécanismes d'une phase fondamentale mais sous-estimée du développement du cerveau : l'élagage synaptique.

En utilisant des cellules mitrales de souris, un type de neurone du système olfactif, l'équipe a découvert que lorsque les neurones reçoivent un signal de neurotransmetteur, la dendrite réceptrice est protégée par une série de voies chimiques. Dans le même temps, la dépolarisation incite d'autres dendrites de la même cellule à emprunter une voie différente qui favorise l'élagage. Leur étude a été publiée dans la revue Developmental Cell.

La façon dont les neurones se connectent et se remodèlent est une question fondamentale en neurobiologie. Le concept clé derrière une mise en réseau appropriée réside dans la formation et le renforcement de la connexion des neurones avec d'autres neurones tout en éliminant les neurones excessifs et incorrects.

"Une expression courante dans le remodelage des circuits neuronaux est" allumez ensemble le fil ensemble "et" désynchronisé, perdez votre lien ". Le premier décrit comment les neurones qui transmettent des signaux entre eux ont tendance à renforcer les connexions, tandis que le second explique que sans ladite signalisation, cette connexion diminue », explique le professeur Takeshi Imai de la faculté des sciences médicales de l'université de Kyushu, qui a dirigé l'étude. "C'est un processus de raffinage qui est fondamental pour une bonne maturation du cerveau."

Au fil des décennies, des chercheurs, dont le professeur Imai, ont exploré le processus fondamental de formation et de renforcement des connexions des neurones. Cependant, il y avait eu une lacune majeure dans le processus que peu de gens examinaient : comment les connexions sont éliminées.

"L'élimination des connexions neuronales, ce que nous appelons l'élagage, était quelque chose que tout le monde dans le domaine connaissait et observait. Mais si vous regardez la littérature, il y avait un manque d'étude sur le mécanisme exact qui a conduit le processus", explique le premier auteur. Satoshi Fujimoto.

L'élimination des connexions se produit partout dans le système nerveux, par exemple dans les jonctions neuromusculaires, les neurones qui envoient des signaux à vos muscles pour qu'ils bougent. Au début, les fibres musculaires reçoivent des entrées de nombreux motoneurones. Au fur et à mesure que vous grandissez, ces connexions sont affinées, certaines sont renforcées et d'autres sont éliminées, jusqu'à ce qu'un seul neurone se connecte à une fibre musculaire. C'est pourquoi vous avez un contrôle moteur et une coordination maladroits à un âge précoce.

"Nous avons décidé d'étudier ce qui se passe exactement dans les neurones lors du remodelage, nous avons donc envisagé d'utiliser des cellules mitrales de souris, un type de cellule logé dans le bulbe olfactif, le centre cérébral impliqué dans notre sens de l'odorat. Chez les adultes, les cellules mitrales ont un connexion unique à une station de signalisation appelée glomérule. Mais au début du développement, les cellules mitrales envoient des branches dans de nombreux glomérules », déclare Fujimoto. "Au fil du temps, ces branches sont taillées pour laisser une seule connexion forte. En fin de compte, les cellules mitrales ne peuvent détecter qu'un type spécifique d'odeur."

Premièrement, l'équipe a découvert que les ondes spontanées du neurotransmetteur glutamate dans le bulbe olfactif facilitent l'élagage des dendrites. L'équipe s'est ensuite concentrée sur les voies de signalisation internes de la cellule mitrale. Ce qu'ils ont trouvé était un mécanisme de protection/punition unique qui renforcerait certaines connexions et déclencherait l'élagage d'autres.

"Nous avons découvert que dans les cellules mitrales, c'était la signalisation du glutamate qui était essentielle pour l'élagage. Lorsque le glutamate se lie à son récepteur NMDAR dans une dendrite, il supprime la molécule de la machinerie d'élagage appelée RhoA", poursuit Fujimoto. "Ce signal" sauve-moi "est important pour le protéger de l'élagage."

Lors de l'entrée de glutamate, la cellule mitrale se dépolarise également et envoie un signal. L'équipe a également découvert que la dépolarisation déclenche l'activation de RhoA dans d'autres dendrites de la même cellule et déclenche le processus d'élagage. En termes simples, la dendrite qui reçoit le signal direct du glutamate est protégée, tandis que les autres dendrites sont élaguées.

"Ce signal de 'punition' pour l'élimination des synapses n'agit que sur les synapses non protégées, et il explique comment seule une connexion forte devient gagnante et que toutes les autres médiatrices d'entrées faibles et bruyantes deviennent les perdantes", explique Imai.

Les découvertes de l'équipe révèlent de nouvelles informations sur une phase négligée mais critique du développement neuronal.

"L'élagage approprié des connexions neuronales est tout aussi important que le renforcement du réseau. S'il tourne mal dans les deux sens, cela peut entraîner différents types de troubles neurophysiologiques. Trop peu de connexions ont été liées à la schizophrénie, alors que trop de connexions ont été trouvées. chez les personnes atteintes de troubles du spectre autistique, par exemple." dit Imaï. "Pour comprendre ces types de pathologies, nous devons examiner attentivement chaque étape du développement."

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Pour plus d'informations sur cette recherche, voir "Protection locale dépendante de l'activité et inhibition latérale contrôlent la compétition synaptique dans le développement des cellules mitrales chez la souris", Satoshi Fujimoto, Marcus N. Leiwe, Shuhei Aihara, Richi Sakaguchi, Yuko Muroyama, Reiko Kobayakawa, Ko Kobayakawa , Tetsichiro Saito et cellule de développement de Takeshi Imai, https://doi.org/10.1016/j.devcel.2023.05.004

À propos de l'Université de Kyushu L'Université de Kyushu est l'un des principaux instituts d'enseignement supérieur axés sur la recherche au Japon depuis sa fondation en 1911. Abritant environ 19 000 étudiants et 8 000 professeurs et membres du personnel, les centres de recherche de classe mondiale de l'Université de Kyushu couvrent un large éventail de domaines d'études et de domaines de recherche, des sciences humaines et des arts à l'ingénierie et aux sciences médicales. Ses multiples campus, dont l'un des plus grands du Japon, sont situés autour de la ville de Fukuoka, une métropole côtière de l'île de Kyushu, au sud-ouest du Japon, fréquemment classée parmi les villes les plus agréables à vivre au monde et historiquement connue comme la porte d'entrée du Japon vers l'Asie. Par le biais de sa Vision 2030, Kyushu U « conduira le changement social avec des connaissances intégratives ». Son application synergique des connaissances englobera tous les milieux universitaires et résoudra les problèmes de la société tout en innovant de nouveaux systèmes pour un avenir meilleur.

Cellule de développement

10.1016/j.devcel.2023.05.004

Étude expérimentale

Animaux

La protection locale dépendante de l'activité et l'inhibition latérale contrôlent la compétition synaptique dans le développement des cellules mitrales chez la souris

7 juin 2023

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