De nouvelles perspectives sur l’inflammation et le vieillissement du cerveau

Résumé: Une étude jette un nouvel éclairage sur le lien entre l’inflammation cérébrale et les troubles cognitifs associés au vieillissement. Les résultats suggèrent que la connexion peut être le résultat d’une réaction en chaîne cellulaire.

Source: Harvard

Les résultats d’une nouvelle étude menée par des chercheurs de Harvard vient de paraître dans Cellule offrent un aperçu de la relation entre l’inflammation et les troubles cognitifs que nous éprouvons en vieillissant, et suggèrent la possibilité que cela puisse être le résultat d’une sorte de réaction en chaîne cellulaire.

“Comprendre le vieillissement est l’un des objectifs les plus importants de la biomédecine”, a déclaré Xiaowei Zhuang, David B. Arnold Jr. Professeur de sciences au département de chimie et de biologie chimique, professeur de physique, chercheur à l’Institut médical Howard Hughes (HHMI), et l’un des auteurs du journal.

« C’est aussi un problème très difficile. L’une des raisons est que le cerveau est très complexe. Il contient une diversité exceptionnellement élevée de cellules, avec de nombreux types différents de neurones et de cellules non neuronales formant des réseaux d’interaction complexes.

Pour étudier un système aussi complexe, les chercheurs ont utilisé une méthode d’imagerie connue sous le nom de MERFISH, développée par le laboratoire Zhuang, qui possède une vaste expertise dans l’invention de nouvelles méthodes d’imagerie et leur application pour étudier les systèmes biologiques.

MERFISH (pour Multiplexed Error Robust Fluorescence In Situ Hybridization) est capable de mesurer simultanément non seulement des milliers de types d’ARN, ou des milliers de gènes, dans les cellules, mais il révèle également les relations spatiales entre eux.

MERFISH a permis aux chercheurs de générer des “atlas d’expression génique”, en examinant les “relations de voisinage” entre les cellules, a expliqué Catherine Dulac, professeur à l’université Samuel W. Morris au département de biologie moléculaire et cellulaire, chercheur HHMI et un autre des auteurs de l’article.

Avec MERFISH, a déclaré Dulac, “on peut regarder non seulement les changements dans l’expression des gènes à différents âges, mais aussi les changements dans l’expression des gènes, en particulier les types de cellules, liés à leur relation spatiale.”

En appliquant cette approche globale aux cerveaux de souris, William E. Allen, chercheur junior à Harvard, et deux autres chercheurs, Timothy R. Blosser et Zuri A. Sullivan des laboratoires Zhuang et Dulac, ont identifié comment les cellules neuronales ou nerveuses et les cellules non neuronales ont changé au cours du vieillissement. En particulier, l’étude a révélé que le vieillissement et l’inflammation affectaient la façon dont les gènes étaient exprimés par les cellules de manière à la fois similaire et distincte et de manière spatialement dépendante.

“L’idée qu’une partie du processus de vieillissement du cerveau est liée à l’inflammation a déjà été émise comme hypothèse”, a déclaré Dulac. “Les stratégies expérimentales que nous avons utilisées – MERFISH, en combinaison avec le séquençage d’ARN unicellulaire – nous ont permis d’examiner le processus de vieillissement de manière très spécifique et avec une granularité élevée.”

« Nous avons constaté que les cellules non neuronales, telles que les cellules gliales et immunitaires, semblent subir des changements plus prononcés dans l’expression des gènes et les états cellulaires que les neurones. Et ces changements ne se produisent pas uniformément dans le cerveau », a déclaré Zhuang, notant que la matière blanche sous-corticale présentait des altérations plus prononcées que la matière grise, notamment dans les oligodendrocytes non neuronaux, les astrocytes et la microglie.

“Étant donné que ces différentes cellules assurent des impulsions électriques efficaces à travers le cerveau en produisant une gaine de myéline autour des axones, ainsi qu’en fournissant un soutien métabolique aux neurones, en modulant les fonctions synaptiques et en fournissant des surveillances immunitaires”, a déclaré Zhuang, “ces changements pourraient avoir un impact direct. sur la fonction des circuits neuronaux.

“Si les oligodendrocytes ne sont pas sains et commencent à perdre de la myéline”, cela peut déclencher une réaction en chaîne affectant les neurones ainsi que les cellules non neuronales qui “perturberont fondamentalement de nombreuses fonctions dans tout le cerveau”, a déclaré Dulac.

C’était frappant, a déclaré Dulac, car «en fin de compte, le vieillissement est associé à une altération de la cognition, qui est directement liée à la fonction neuronale. Mais si de nombreux changements se produisent dans les cellules non neuronales, nous avons peut-être identifié un processus en plusieurs étapes dans lequel l’inflammation affecte principalement les cellules non neuronales, ce qui entraîne à son tour des altérations de la fonction neuronale.

Briser ce processus offre la perspective de l’influencer, voire de l’arrêter. “S’il y avait des moyens par le mode de vie, par exemple par le régime alimentaire, l’exercice ou d’autres processus, de réduire réellement le processus inflammatoire associé au vieillissement, le vieillissement cérébral et les déficiences associées pourraient également être réduits”, a déclaré Dulac.

Pour l’instant, ces résultats fournissent une feuille de route pour les recherches en cours, des études rendues possibles par des techniques telles que MERFISH. Être capable «d’échantillonner de manière exhaustive tous les différents types de cellules et un très grand nombre de gènes dans des tissus intacts fournit une riche ressource d’informations qui peut nous permettre de générer de nouvelles hypothèses pour de futures études», a déclaré Dulac.

La collaboration entre les deux chercheurs a débuté il y a plus d’une décennie.

“Il y a plusieurs années, Xiaowei m’a contacté parce que son laboratoire venait de développer une technologie de microscopie à très haute résolution, STORM, et elle était très intéressée à étudier les fonctions cérébrales à l’aide de cela”, se souvient Dulac.

“Cela nous a amenés à initier une merveilleuse collaboration où nous avons pu, pour la première fois, observer les synapses cérébrales à très haute résolution.” Leur premier article commun, publié il y a 12 ans, a donné lieu à une série de projets en cours intégrant de nouvelles techniques et les compétences complémentaires des chercheurs.

Zhuang parle également de sa collaboration avec Dulac avec beaucoup d’enthousiasme. “Dans nos collaborations, un plus un est beaucoup plus grand que deux”, a déclaré Zhuang.

“Alors que bon nombre de nos collaborations sont initiées par des conversations entre Catherine et moi, dans cette étude sur le vieillissement du cerveau de la souris, la collaboration a été initiée par Will Allen, un boursier junior de premier ordre qui s’intéresse à la recherche dans nos deux laboratoires.”

Voir également

À propos de cette actualité de la recherche sur l’inflammation et le vieillissement cérébral

Auteur: Cléa Simon
Source: Harvard
Contacter: Cléa Simon – Harvard
Image: L’image est dans le domaine public

Recherche originale : Libre accès.
“Signatures moléculaires et spatiales du vieillissement cérébral de souris à résolution unicellulaire” par William E. Allen et al. Cellule

Résumé

Signatures moléculaires et spatiales du vieillissement cérébral de souris à résolution unicellulaire

Points forts

• L’architecture moléculaire et cellulaire du cortex frontal et du striatum vieillissants est cartographiée
• Le vieillissement induit des changements d’état cellulaire spatialement dépendants dans les cellules non neuronales
• La substance blanche est un point chaud pour l’activation des cellules gliales et immunitaires liées au vieillissement
• L’inflammation cérébrale induite par le vieillissement et le LPS présente des similitudes et des différences

Résumé

La diversité et l’organisation complexe des cellules du cerveau ont entravé la caractérisation systématique des changements liés à l’âge dans son architecture cellulaire et moléculaire, limitant notre capacité à comprendre les mécanismes sous-jacents à son déclin fonctionnel au cours du vieillissement.

Ici, nous avons généré un atlas cellulaire à haute résolution du vieillissement cérébral dans le cortex frontal et le striatum en utilisant la transcriptomique unicellulaire résolue dans l’espace et les changements quantifiés dans l’expression génique et l’organisation spatiale des principaux types de cellules dans ces régions au cours de la durée de vie de la souris.

Nous avons observé des changements sensiblement plus prononcés dans l’état cellulaire, l’expression des gènes et l’organisation spatiale des cellules non neuronales sur les neurones.

Nos données ont révélé des signatures moléculaires et spatiales de l’activation des cellules gliales et immunitaires au cours du vieillissement, particulièrement enrichies dans la substance blanche sous-corticale, et ont identifié à la fois des similitudes et des différences notables dans les schémas d’activation cellulaire induits par le vieillissement et le défi inflammatoire systémique.

Ces résultats fournissent des informations essentielles sur le déclin et l’inflammation du cerveau liés à l’âge.