la première carte des signaux nerveux révélée, voici comment ça marche

L’idée selon laquelle le système nerveux transmet des messages d’une cellule nerveuse à une autre uniquement via les synapses – les points où les cellules se connectent d’une extrémité à l’autre – est en train de changer. Deux études montrent comment les messages peuvent passer entre les cellules sur de plus longues distances, via un réseau nerveux « sans fil » chez le ver Caenorhabditis elegans.

Les chercheurs n’avaient pas apprécié l’ampleur de cette communication sans fil, qui se produit lorsqu’une molécule appelée neuropeptide est libérée par un neurone et interceptée par un autre à une certaine distance. Les nouvelles études, publiées dans Nature 1 et Neuron 2, cartographient pour la première fois l’ensemble du réseau de communication neuropeptide dans un organisme modèle. “Nous connaissions l’existence de ces connexions chimiques, mais il s’agit probablement de l’étude la plus complète menée sur l’ensemble d’un système nerveux”, explique Gáspár Jékely, neuroscientifique à l’Université de Heidelberg en Allemagne, qui n’a pas participé aux travaux. Et ce que montre la recherche, ajoute-t-il, c’est que « tout n’est pas une question de synapses ».

Constructeurs de cartes

Les chercheurs avaient déjà dressé des cartes de connexions anatomiques – les connectomes – qui montraient comment tous les neurones de la mouche des fruits (Drosophila melanogaster) et de C. elegans sont connectés via leurs synapses. Cependant, William Schafer, neuroscientifique au laboratoire de biologie moléculaire du MRC à Cambridge, au Royaume-Uni, s’interroge sur le rôle des neuropeptides, censés simplement contribuer à la messagerie du système nerveux. « Quand j’ai commencé à en parler, dit-il, certaines personnes se demandaient : « Est-ce juste une sorte de soupe » dans laquelle les neuropeptides flottent aléatoirement d’un neurone à l’autre, « ou peut-on vraiment y penser comme un réseau?”

Lui et ses collègues ont analysé quels neurones du système nerveux de C. elegans exprimaient des gènes pour certains neuropeptides et lesquels exprimaient des gènes pour des récepteurs de ces neuropeptides. Grâce à ces données, l’équipe a prédit quelles paires de cellules nerveuses pourraient communiquer sans fil. Sur la base de ces résultats, les chercheurs ont généré une carte potentielle des connexions sans fil dans le ver, trouvant une connectivité dense qui semble très différente du schéma de câblage anatomique de C. elegans. Ils ont publié leurs résultats dans Neuron 2 la semaine dernière.

Indépendamment, une équipe dirigée par Andrew Leifer, neuroscientifique à l’Université de Princeton dans le New Jersey, a étudié comment les signaux transitent par C. elegans en mesurant l’activité neuronale, révélant ainsi la contribution de ce réseau sans fil. L’équipe a utilisé l’optogénétique, une technique qui utilise la lumière et des protéines sensibles à la lumière pour activer les cellules nerveuses afin qu’elles puissent envoyer des « messages » électriques. Un par un, les chercheurs ont activé chacun des 302 neurones de C. elegans puis ont observé les signaux se propager d’un neurone à l’autre.

La carte d’activité qu’ils ont créée ne correspondait pas à ce qu’ils auraient prédit pour C. elegans sur la base du seul connectome standard – et ils soupçonnaient que la communication neuropeptidique était la pièce manquante. Ils ont ensuite produit un ver génétiquement modifié dépourvu d’une protéine essentielle à ce type de signalisation, et ont constaté que lorsqu’ils essayaient d’activer les cellules du ver avec l’optogénétique, beaucoup d’entre eux restaient silencieux. Cela suggère que la communication sans fil dans le ver active directement les neurones.

Lorsque les chercheurs ont développé un modèle pour décrire l’activité neuronale chez C. elegans, ils ont découvert que celui qui incorporait à la fois des connexions synaptiques filaires et une signalisation sans fil prédisait mieux la manière dont les signaux se déplaçaient dans le ver que les connexions synaptiques seules. L’équipe a publié ses résultats dans Nature 1 plus tôt ce mois-ci et les a présentés lors de la réunion de la Society for Neuroscience à Washington DC le 14 novembre.

Une toute nouvelle vision

« C’était incroyable de voir à quel point la communication [neuropeptidica] peut en fait conduire à l’activation directe des neurones », explique Francesco Randi, premier auteur de l’article Nature, qui a réalisé le travail à Princeton.

«Le réseau de neuropeptides était considéré comme une aide à la signalisation synaptique», explique Isabel Beets, neuroscientifique à l’Université catholique de Louvain en Belgique et auteur de l’étude Neuron. “Mais la grande échelle de cette carte de signalisation montre vraiment qu’elle est tout aussi importante, complexe et peut-être même plus diversifiée que le réseau de signalisation synaptique.”

Des médicaments comme le sémaglutide (Wegovy), un traitement de perte de poids populaire, peuvent activer les récepteurs neuropeptidiques dans le corps. Il est donc important de comprendre ce réseau sans fil, explique Schafer. La prochaine étape pour Schafer et ses collègues sera d’entreprendre des études similaires dans d’autres organismes, dans le but de comprendre comment le réseau neuropeptidique, en combinaison avec le réseau synaptique « câblé », contribue au comportement d’un organisme. Une technique publiée dans Science 3 la semaine dernière, qui permet aux chercheurs de visualiser où les neuropeptides se lient à leurs récepteurs, pourrait aider dans cette recherche. Étant donné que les neuropeptides sont conservés d’une espèce à l’autre, certains chercheurs soupçonnent que ce réseau pourrait ressembler à celui d’autres organismes, y compris les humains.

“Les deux articles sont de beaux exemples de la manière de tirer parti d’un organisme simple et bien étudié doté de nombreux outils moléculaires et génétiques pour commencer à tirer des leçons qui, j’en suis sûr à 100 %, s’appliqueront à tous les animaux”, déclare Stephen Smith, neuroscientifique. à l’Allen Institute de Seattle, Washington.

Les chercheurs espèrent que les résultats inciteront d’autres personnes à réfléchir différemment à la manière dont se produit la dynamique neuronale. «Je pense que nous devons nous éloigner de la vision du système nerveux basée sur les synapses», déclare Jékely. “Ça ne marchera pas.”