Comment les neurones rivalisent pour couper les connexions

Les scientifiques élucident le processus par lequel les synapses se font concurrence et décrivent comment, au cours du développement, les synapses faibles et bruyantes sont éliminées au cours du développement.

Des scientifiques de l’Université de Kyushu ont découvert les mécanismes sous-jacents à une étape cruciale mais souvent négligée du développement du cerveau, connue sous le nom d’élagage synaptique.

L’équipe de recherche a utilisé des cellules mitrales de souris, une sorte de neurone du système olfactif, pour leur étude. Ils ont découvert que lorsque les neurones acceptent un signal de neurotransmetteur, la dendrite réceptrice est protégée par une séquence de voies chimiques. Simultanément, la dépolarisation déclenche d’autres dendrites de la cellule identique pour suivre une voie distincte qui favorise l’élagage. Les résultats ont été récemment publiés dans la revue Cellule de développement.

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.”

Bulbe olfactif de souris deux jours après la naissance avec fluorescence indiquant la signalisation. La vidéo montre que les glomérules, la station de signalisation du bulbe olfactif, envoient spontanément des signaux. Cette signalisation spontanée conduira éventuellement à une mise en réseau et à un élagage appropriés des cellules mitrales. La vidéo a été filmée ex vivo à l’aide de deux

” data-gt-translate-attributes=”[{“attribute=””>photon[{“attribute=””>photon microscopie. Crédit : Université de Kyushu/Imai Lab

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 sur le terrain 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.

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 manière 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. Crédit : Université de Kyushu/Imai Lab

« 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 odorat. Chez les adultes, les cellules mitrales ont une seule connexion 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 d’odeur spécifique.

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.”

Dès la naissance des souris, leurs cellules mitrales étendent plusieurs dendrites en plusieurs glomérules. Ils forment des branches et des synapses excitatrices dans le glomérule environ trois jours après la naissance. Au sixième jour, ils forment des dendrites uniques grâce à une taille sélective. Cela permet de recevoir des informations d’un seul type de récepteur olfactif (capteur d’odeurs), qui est à la base de la discrimination des odeurs. Crédit : Université de Kyushu/Imai Lab

Lors de l’entrée de glutamate, la cellule mitrale se dépolarise également et déclenche 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

” data-gt-translate-attributes=”[{“attribute=””>synapse[{“attribute=””>synapse l’élimination n’agit que sur les synapses non protégées, et cela explique comment seule une connexion forte devient gagnante et toutes les autres médiatrices d’entrées faibles et bruyantes deviennent perdantes », explique Imai.

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

« Un élagage approprié des connexions neuronales est tout aussi important que le renforcement du réseau. Si cela tourne mal dans un sens ou dans l’autre, 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

” data-gt-translate-attributes=”[{“attribute=””>troubleduspectreautistique[{“attribute=””>autismspectrumdisorder, Par exemple.” dit Imaï. “Pour comprendre ces types de pathologies, nous devons examiner attentivement chaque étape du développement.”

Référence : “Activity-dependent local protection and lateral inhibition control synaptic competition in Developing Mitral Cells in Mouse” par Satoshi Fujimoto, Marcus N. Leiwe, Shuhei Aihara, Richi Sakaguchi, Yuko Muroyama, Reiko Kobayakawa, Ko Kobayakawa, Tetsuichiro Saito et Takeshi Imai , 7 juin 2023, Cellule de développement.
DOI : 10.1016/j.devcel.2023.05.004