Identification de nouvelles protéines régulatrices impliquées dans la formation des circuits neuronaux
Les régulateurs observés par les chercheurs de l'Institut des neurosciences (CSIC-UMH) sont essentiels pour comprendre les trajectoires suivies par les axones pour atteindre leur destination.
Des recherches menées à l'Instituto de Neurociencias (IN), un centre conjoint du Consejo Superior de Investigaciones Científicas et de l'Université Miguel Hernández, ont permis d'identifier plusieurs dizaines de nouveaux régulateurs impliqués dans le guidage des axones pour atteindre les neurones avec lesquels ils doivent se connecter. Ce processus est essentiel dans la formation des circuits ou réseaux neuronaux au cours du développement du système nerveux. C'est pourquoi les travaux publiés dans Advanced Science sont essentiels pour comprendre un processus dont les altérations peuvent générer des troubles neurologiques et des malformations congénitales tout au long de la vie.
Il est essentiel pour le développement du cerveau que les axones des neurones soient dirigés vers l'endroit où ils feront synapse avec d'autres neurones.
Pixabay
Pour le développement et le fonctionnement parfaits du cerveau adulte, il est essentiel que les axones des différents types de neurones qui composent le système nerveux se développent et se déplacent vers les endroits où ils établiront des synapses avec d'autres neurones. Jusqu'à présent, la plupart des molécules connues pour être impliquées dans ce processus étaient des protéines de signalisation qui indiquaient aux axones où ils pouvaient ou non se déplacer dans le cerveau en développement, ou quand ils devaient se mettre en route pour se connecter à d'autres neurones. Cependant, les facteurs de transcription directement impliqués dans la régulation de ces molécules de signalisation qui marquent le chemin des axones vers leur destination finale avaient à peine été identifiés.
Aujourd'hui, les travaux de l'IN (CSIC-UMH) dirigés par Eloísa Herrera, en collaboration avec Ángel Barco, et soutenus par une subvention de l'appel d'offres CaixaResearch pour la recherche en santé de la Fondation "la Caixa", ont élargi le nombre de molécules régulatrices impliquées dans ce processus en analysant deux sous-populations de cellules rétiniennes, appelées cellules ganglionnaires. Ces cellules, bien qu'ayant des fonctions équivalentes dans le traitement de l'information visuelle, diffèrent par la trajectoire que suivent leurs axones dans leur voyage vers des structures cérébrales telles que le thalamus ou le colliculus supérieur. Grâce à ces différents chemins, le cerveau peut traiter les images reçues de chaque œil et générer une vision en 3D.
Le trajet de l'axone
Les cellules ganglionnaires de la rétine projettent leurs axones vers deux voies différentes : vers l'hémisphère cérébral du même côté de l'œil d'où elles proviennent (cellules ganglionnaires ipsilatérales), ou vers l'hémisphère opposé (cellules ganglionnaires controlatérales) ; dans ce cas, elles traversent une structure en forme de X appelée le chiasma optique, qui sert de carrefour pour les axones visuels. Les axones des neurones situés dans la zone de la rétine la plus proche du nez traversent la ligne médiane par le chiasma optique, se projetant dans l'hémisphère opposé, tandis que le reste des axones évite la ligne médiane au niveau du chiasma optique pour se projeter du même côté du cerveau d'où ils proviennent. Parmi les nouveaux gènes identifiés dans cette étude, la gamma-synucléine se distingue comme un élément essentiel pour induire le franchissement de la ligne médiane.
"Cette décision binaire des axones visuels de traverser ou non la ligne médiane au niveau du chiasma optique est essentielle pour percevoir le monde en 3D et représente un excellent paradigme pour étudier les mécanismes qui permettent la connexion des neurones visuels avec d'autres neurones distants dans le cerveau au cours du développement embryonnaire tardif. Pour trouver de nouveaux mécanismes de régulation impliqués dans la définition de la trajectoire axonale, nous avons réalisé une analyse multi-omique comparant les profils d'expression génique (le transcriptome) et l'occupation de la chromatine dans les neurones rétiniens se projetant vers les hémisphères cérébraux ipsilatéraux et controlatéraux", explique Eloísa Herrera.
Bien que de nombreuses protéines qui régulent le guidage axonal aient été identifiées au cours des trois dernières décennies, les mécanismes épigénétiques et transcriptionnels qui contrôlent leur expression restent mal compris. "Nos résultats montrent que les nouveaux régulateurs du guidage des axones identifiés fonctionnent dans des contextes différents et ouvrent de nouvelles voies de recherche", déclare le chercheur.
Analyse multiomique
L'analyse multi-omique des deux sous-populations de neurones rétiniens utilisées dans cette recherche, qui ne diffèrent que par la trajectoire de leurs axones, a été essentielle pour découvrir de nouveaux gènes codant pour des protéines qui n'étaient pas impliquées auparavant dans le guidage des axones. L'identification de nouveaux facteurs de transcription impliqués dans ce processus est particulièrement intéressante, car ce sont ces protéines qui contrôlent l'expression d'autres gènes en se liant à des séquences d'ADN spécifiques et en déterminant où et quand elles doivent être activées ou réprimées.
"En résumé, nos analyses ont conduit à l'identification de dizaines de nouveaux gènes potentiellement impliqués dans la sélection des voies axonales. Ces résultats ouvrent la porte à des approches thérapeutiques innovantes visant à restaurer les circuits neuronaux endommagés", conclut M. Herrera.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Espagnol peut être trouvé ici.
Publication originale
Marta Fernández-Nogales, Maria Teresa López-Cascales, Verónica Murcia-Belmonte, Augusto Escalante, Jordi Fernández-Albert, Rafael Muñoz-Viana, Angel Barco, and Eloísa Herrera; "Multiomic Analysis of Neurons with Divergent Projection Patterns Identifies Novel Regulators of Axon Pathfinding."; Advanced Science.
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