La découverte de signatures moléculaires de neurones immatures dans le cerveau humain apporte un nouvel éclairage sur la plasticité cérébrale
L'analyse montre également une réduction importante de ces neurones dans le cerveau des personnes atteintes de la maladie d'Alzheimer.
Une équipe dirigée par des chercheurs de la Perelman School of Medicine de l'Université de Pennsylvanie a utilisé des techniques de pointe pour montrer que, dans une région clé de la mémoire du cerveau appelée hippocampe, des neurones immatures et plastiques sont présents en nombre important tout au long de la vie humaine. Les résultats, publiés dans Nature, espèrent résoudre une controverse de longue date sur l'existence de la "neurogenèse adulte", c'est-à-dire la production de nouveaux neurones immatures dans le cerveau humain mature. Cette découverte ouvre également la voie à une étude plus approfondie de la neurogenèse adulte et de ses rôles dans la mémoire, l'humeur, le comportement et les troubles cérébraux.
Deux exemples de neurones granulaires dentés immatures nouvellement nés dans des échantillons chirurgicaux d'hippocampe humain adulte en culture, marqués par des signaux de marqueurs superposés de neurones immatures (rouge), de neurones granulaires dentés (vert), de noyaux cellulaires (bleu) et de cellules nouveau-nées marquées par des analogues de nucléosides synthétiques (blanc).
Penn Medicine
"De nombreux mammifères génèrent de nouveaux neurones dans leur cerveau tout au long de leur vie, ce qui joue un rôle essentiel dans la plasticité du cerveau, ou sa capacité à changer et à s'adapter au fil du temps. Cette capacité à se réparer est particulièrement importante lorsque le cerveau est endommagé, comme c'est le cas lors d'un accident vasculaire cérébral ou d'une lésion cérébrale", a déclaré l'auteur principal Hongjun Song, PhD, professeur de neurosciences Perelman à Penn. "Cette plasticité est également importante pour comprendre des maladies comme la maladie d'Alzheimer, qui affectent la mémoire du patient, entre autres fonctions."
L'existence de la neurogenèse adulte chez l'homme est débattue depuis des décennies. Pendant près d'un siècle, les neuroscientifiques ont supposé qu'une fois le cerveau des mammifères arrivé à maturité, aucun nouveau neurone n'y était produit - les neurones existants devaient perdurer tout au long de l'âge adulte. Finalement, des études ont commencé à mettre en évidence la production de nouveaux neurones immatures dans le cerveau adulte, chez la souris, l'homme et d'autres mammifères, en particulier dans la région olfactive (odeur) et dans l'hippocampe. Les neurones immatures de l'hippocampe étaient et sont toujours d'un intérêt particulier, car cette région du cerveau joue un rôle majeur dans l'apprentissage, la mémoire et la régulation de l'humeur, et est réduite dans le cerveau des personnes atteintes de la maladie d'Alzheimer.
Cependant, au cours des dernières années, d'autres études n'ont trouvé aucune preuve d'une neurogenèse adulte significative dans l'hippocampe humain. Il a été difficile pour les neuroscientifiques de trancher le débat, car ils ne disposaient pas d'une méthode facile, sensible et spécifique pour identifier les neurones immatures nouvellement produits dans des échantillons de tissu cérébral humain adulte.
Song, Ming et leur équipe ont relevé ce défi à l'aide de deux outils puissants et relativement nouveaux. Le premier est le séquençage de l'ARN mononucléaire, qui enregistre essentiellement toute l'activité des gènes dans une cellule individuelle. Le second est l'apprentissage automatique, un type d'intelligence artificielle que les chercheurs ont utilisé dans ce cas pour passer au crible d'énormes ensembles de données sur l'activité des gènes - pour les souris et les humains - afin d'apprendre les différences subtiles entre les neurones hippocampiques matures et immatures.
Grâce à ces méthodes, les chercheurs ont confirmé la présence de neurones hippocampiques immatures, principalement d'un type appelé cellules granulaires, dans un large éventail d'échantillons de cerveau humain, de la petite enfance à l'âge de 92 ans. Les cellules granuleuses immatures représentaient généralement au moins quelques pour cent de la population de cellules granuleuses, même dans les cerveaux âgés. Les chercheurs n'ont pas trouvé de nombre significatif de neurones immatures dans d'autres régions du cerveau humain adulte.
L'analyse a mis en évidence un vaste schéma d'activité génétique caractéristique des cellules granuleuses immatures et a montré comment ce schéma se modifie au cours du vieillissement normal, diffère entre les humains et les souris et est altéré dans la maladie d'Alzheimer. Conformément aux études antérieures, les chercheurs ont constaté que la proportion de cellules granulaires immatures parmi l'ensemble des cellules granulaires était fortement réduite dans les cerveaux atteints de la maladie d'Alzheimer - de plus de la moitié par rapport aux cerveaux non atteints de la maladie d'Alzheimer appariés selon l'âge.
Soulignant la puissance de ce type d'analyse pour explorer les origines de la maladie, les chercheurs ont examiné l'expression, tout au long de la vie dans les cellules granulaires immatures, de gènes à risque connus pour les troubles cérébraux, notamment la maladie d'Alzheimer et les troubles du spectre autistique. Ils ont constaté que plusieurs de ces gènes de risque commençaient à être exprimés dans les cellules granulaires immatures à des âges où l'on pense que les troubles associés apparaissent.
L'étude a notamment permis d'identifier les cellules progénitrices de l'hippocampe qui dérivent des cellules souches neurales et donnent à leur tour naissance à de nouvelles cellules granuleuses. Ces expériences ont indiqué que les progéniteurs sont relativement rares, mais qu'ils servent de sources régulières de nouvelles cellules granuleuses, qui mûrissent très lentement, sur des périodes d'un an ou plus.
"À l'avenir, nous espérons que ce type de recherche permettra de mieux comprendre les causes des maladies cérébrales telles que les troubles psychiatriques et la maladie d'Alzheimer, ce qui permettra d'envisager la possibilité de traiter ces maladies", a déclaré l'auteur principal, Guo-li Ming, MD, PhD, professeur de neurosciences à la chaire Perelman.
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