Des scientifiques utilisent des virus inoffensifs pour étudier le système nerveux des grenouilles
Une nouvelle ère dans la biologie des amphibiens
Les amphibiens occupent une place importante dans l'évolution, car ils représentent la transition entre le mode de vie aquatique et le mode de vie terrestre. Ils sont essentiels pour comprendre le cerveau et la moelle épinière des tétrapodes, animaux à quatre membres, dont l'homme. Un groupe de scientifiques dirigé par une équipe de l'Institute of Science and Technology Austria (ISTA) montre maintenant comment des virus inoffensifs peuvent être utilisés pour éclairer le développement du système nerveux de la grenouille. Les résultats ont été publiés dans la revue Developmental Cell.
Virus. Lorsque vous entendez ce mot, vous frémissez probablement. Pourtant, tous les virus ne sont pas mauvais ou ne provoquent pas de maladies. Certains sont même utilisés pour des applications thérapeutiques ou la vaccination. En recherche fondamentale, ils sont souvent utilisés pour infecter certaines cellules, les modifier génétiquement ou visualiser les neurones du système nerveux central (SNC) de l'organisme - le centre de commandement composé du cerveau, de la moelle épinière et des nerfs.
Le processus de mise en évidence fonctionne enfin chez les amphibiens. C'est ce que montre une nouvelle étude réalisée par un consortium international EDGE dirigé conjointement par le Sweeney Lab de l'Institute of Science and Technology Austria (ISTA) et le Tosches Lab de l'université de Columbia. Les chercheurs ont mis au point une nouvelle technique qui utilise des virus adéno-associés (AAV) pour suivre le système nerveux d'une grenouille tout au long de sa métamorphose, c'est-à-dire la transition entre les premiers stades du têtard et sa forme adulte. Une avancée qui peut contribuer à faire entrer la neurobiologie des amphibiens dans une nouvelle ère.
Nager ou marcher
David Vijatovic et Lora Sweeney entrent dans un laboratoire rempli de réservoirs d'eau. Vijatovic tape sur l'un d'entre eux. À l'intérieur, une petite grenouille griffue africaine (Xenopus laevis) tachetée de vert et de brun apparaît. Ses membres sont proéminents, manœuvrant et s'agrippant gracieusement à son environnement. Dans un autre réservoir, des têtards tourbillonnent en effectuant de simples mouvements de natation. Il est remarquable de penser que l'un se transforme en l'autre.
"Les grenouilles se métamorphosent", explique M. Sweeney, "ce qui en fait un organisme modèle idéal pour étudier la transition entre deux modes de mouvement : la nage et la marche". Le développement d'une grenouille s'étend sur 12 à 16 semaines, ce qui donne aux scientifiques le temps d'étudier chaque étape. Au cours de ces semaines, un embryon de grenouille se développe pour devenir un jeune têtard, un têtard à deux pattes et une jeune grenouille à quatre pattes avant d'atteindre le stade adulte. "En examinant les différents stades de développement, nous pouvons étudier ces comportements locomoteurs et les changements sous-jacents dans le système nerveux", ajoute M. Vijatovic.
Comme un circuit électrique : comment les grenouilles sont câblées
Le système nerveux d'un organisme est appelé circuit neural car il ressemble à un circuit électrique. "Les cellules nerveuses (neurones) sont connectées à d'autres neurones et transmettent des informations électriques. La façon dont nous nous comportons, ce que nous percevons et la manière dont nous interagissons avec le monde sont le produit de la façon dont nos neurones communiquent entre eux au sein de ces circuits", explique M. Sweeney. L'élément essentiel est la façon dont le circuit est câblé. Nous savons que les neurones sont connectés, mais quel neurone se connecte à quel autre ? À quelles autres cellules une cellule unique s'adresse-t-elle et quels messages transmet-elle ?
Pour en savoir plus sur ce câblage, les chercheurs ont utilisé des virus, qui se sont révélés être un outil puissant. Les virus adéno-associés (AAV) sont idéaux à cet égard. Ils ne sont pas pathogènes et peuvent infecter un large éventail de types de cellules, y compris les neurones. Les AAV peuvent être modifiés pour briller d'une couleur verte fluorescente au microscope lorsqu'ils se déplacent le long des neurones, que ce soit de manière rétrograde (en arrière, de la synapse vers le corps cellulaire) ou antérograde (en avant, du corps cellulaire vers la synapse). En d'autres termes, les AAV peuvent être utilisés pour éclairer le circuit neuronal de l'extrémité émettrice à l'extrémité réceptrice ou vice-versa.
"Il s'agit d'une technique couramment utilisée en neurosciences, en particulier chez les organismes bien étudiés comme les souris. Pour les amphibiens, on pensait que c'était impossible", explique M. Vijatovic. C'est ce que l'on croyait jusqu'à présent.
Le pouvoir de la collaboration scientifique
Pour que le marquage par AAV fonctionne chez les amphibiens, Sweeney et Vijatovic ont uni leurs forces à celles d'une équipe internationale de scientifiques du groupe de Maria Tosches à l'université de Columbia, où sont basés les deux autres coauteurs de l'étude, Eliza Jaeger et Astrid Deryckere. Le consortium comprenait également des chercheurs de l'université de Tel Aviv, de l'université de l'Utah, du Scripps Research Institute et du California Institute of Technology. Les chercheurs se sont concertés, ont fait appel à l'expertise des uns et des autres, se sont rendus à des conférences, ont eu d'innombrables appels Zoom et sont parvenus à des perspectives et des idées différentes. "Lorsque vous commencez à faire des recherches sur un organisme qui n'est pas encore bien compris, il est bon d'avoir une communauté où vous pouvez partager des informations", explique M. Sweeney.
Ils ont passé au crible les AAV existants pour trouver ceux qui convenaient aux amphibiens et ont optimisé la stratégie d'infection en élaborant finalement un "guide pratique" pour les grenouilles et les tritons. Vijatovic résume ainsi le parcours de son doctorat : "Nous avons commencé par les jeunes têtards, puis nous sommes passés aux têtards plus âgés et enfin aux grenouilles juvéniles, puis adultes, ainsi qu'aux tritons adultes. Nous avons adapté l'outil à chaque stade de la vie".
Comparer les grenouilles aux humains : ce que cette recherche dit de nous
Grâce à cette nouvelle technique, les scientifiques ont réussi à appliquer les AAV pour tracer les connexions neuronales chez les amphibiens. Cela leur permettra d'en savoir plus sur la comparaison entre le cerveau des amphibiens et celui des mammifères. En outre, cette nouvelle approche ouvre également la voie à une analyse plus poussée du développement neuronal. Avec certaines des variantes d'AAV sélectionnées, les chercheurs peuvent marquer les cellules progénitrices à un moment précis du développement du circuit et les suivre pour voir quels neurones elles deviennent. "De cette façon, nous pouvons résoudre l'ensemble du circuit par son développement, voir comment il évolue dans le temps et comment l'ensemble du système nerveux est construit", explique Sweeney.
Bien que les amphibiens et les mammifères aient partagé pour la dernière fois un ancêtre commun il y a environ 360 millions d'années, ils ont des traits communs. "En comparant les détails du système nerveux d'une grenouille à celui d'un être humain, nous pouvons voir ce que nous n'avons pas et ce que nous avons", poursuit M. Sweeney. Ces connaissances peuvent nous aider à comprendre comment le système nerveux humain s'est spécialisé au fil du temps. "Mieux nous comprenons les éléments de base du système nerveux, mieux nous comprenons comment nous pouvons les remplacer en cas de maladie ou de blessure.
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 Anglais peut être trouvé ici.
Publication originale
Eliza C.B. Jaeger, David Vijatovic, Astrid Deryckere, Nikol Zorin, Akemi L. Nguyen, Georgiy Ivanian, Jamie Woych, Rebecca C. Arnold, Alonso Ortega Gurrola, Arik Shvartsman, Francesca Barbieri, Florina A. Toma, Hollis T. Cline, Timothy F. Shay, Darcy B. Kelley, Ayako Yamaguchi, Mark Shein-Idelson, Maria Antonietta Tosches, Lora B. Sweeney; "Adeno-associated viral tools to trace neural development and connectivity across amphibians"; Developmental Cell
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