Une équipe de recherche dirigée par Michael Fox, professeur au Fralin Biomedical Research Institute du VTC, a identifié le type de cellule cérébrale qui produit le collagène 19, une protéine cruciale pour la formation de circuits inhibiteurs dans le cerveau.
L’étude, publiée dans le Journal of Neuroscience, décrit un mécanisme moléculaire jusqu’alors inconnu sous-jacent au développement d’un cerveau sain. Cet aperçu pourrait un jour aider les scientifiques à jeter les bases du développement de nouveaux médicaments qui mûrissent ou réparent les réseaux cellulaires et atténuent les maladies.
Les neurones et la glie sont les types de cellules cérébrales les plus abondants. La glie, en particulier la glie en forme d’étoile appelée astrocytes, libère des molécules de signalisation qui soutiennent la croissance et le maintien de synapses saines, les structures de communication chimique entre les neurones. Pourtant, dans cette étude, l’équipe de Fox a découvert qu’un type d’interneurone, un type de cellule qui interprète et relaie les informations envoyées par d’autres neurones, produit la majorité du collagène dérivé du cerveau 19 pour stimuler la formation de synapse.
«À une époque où de nombreuses études identifient des rôles de type interneurone pour les astrocytes, nous avons identifié un rôle inattendu de type astrocyte pour les interneurones», a déclaré Fox, qui est également directeur de la School of Neuroscience au Virginia Tech’s College of Science.
Lors de recherches antérieures, l’équipe de Fox a découvert que les souris dépourvues du gène codant pour le collagène 19 présentent une perte de synapses inhibitrices entourant les corps cellulaires neuronaux situés dans l’hippocampe et le néocortex du cerveau. Chez l’homme, ces régions cérébrales sont impliquées dans les fonctions cognitives, telles que le raisonnement, le langage, la perception, la mémoire et l’apprentissage. Il a également été démontré qu’ils jouent un rôle dans la perception sensorielle, la mémoire et l’apprentissage chez la souris.
Des connexions excitatrices excessives entre les neurones dans ces zones cérébrales pourraient expliquer pourquoi les souris atteintes de cette mutation génétique sont plus susceptibles de développer des crises et des anomalies comportementales. Ce gène a également été associé à des troubles neuropsychiatriques chez l’homme. En particulier, il a été suggéré que la perte de ce gène chez l’homme pourrait être associée à des cas familiaux de schizophrénie, un trouble cérébral qui affecte plus de 2 millions d’Américains, selon le National Institute of Mental Health.
Mais la découverte antérieure de Fox sur l’importance du collagène 19 a suscité une autre question: d’où vient cette protéine?
Dans la nouvelle étude, les scientifiques ont utilisé des ribosondes – de petits segments d’acides ribonucléiques (ARN) qui se lient à des segments complémentaires d’ARN – pour rechercher différents marqueurs de type cellulaire chez des souris normales, de type sauvage et des souris avec la mutation génétique. Cette méthode a révélé que la majorité du collagène 19 dérivé du cerveau est produit par un type d’interneurone.
Ce type d’interneurone est l’un des premiers à se développer dans le néocortex et il joue un rôle dans la maturation des circuits synaptiques environnants. Dans ce cas, après que ce type d’interneurone libère des molécules de collagène 19, les protéines servent de signal qui ordonne à un autre type d’interneurone abondant de produire des synapses inhibitrices.
« Au départ, lorsque nous avons proposé cela, certaines personnes pensaient qu’il était exagéré qu’un neurone puisse influencer le développement d’une autre cellule quand elles ne sont pas couplées synaptiquement », a déclaré Fox.
Environ 20% de la masse corporelle d’une personne est constituée de collagènes, qui forment la matrice du tissu conjonctif qui entoure les organes, les muscles et les structures cellulaires. En raison de la structure moléculaire complexe des collagènes, seule une petite variation génétique modifie la forme de la protéine, ce qui rend la molécule de collagène un déchet inutile que les cellules détruisent et recyclent pour des pièces. Les mutations génétiques du collagène sont liées à une litanie de troubles du tissu conjonctif, mais Fox dit qu’elles sont encore sous-explorées dans le cerveau.
«Ce qui m’intéresse dans ce projet, c’est que nous en savons si peu sur le rôle que jouent les protéines de la matrice extracellulaire comme le collagène 19 dans la médiation de la formation de circuits sains», a déclaré Fox. «Lorsque vous êtes étudiant dans un cours de neurosciences, vous apprendrez souvent que le cerveau ne contient pas beaucoup de tissu conjonctif, mais nous constatons de plus en plus que la présence de ces protéines de la matrice extracellulaire semble en fait jeter les bases d’un développement cérébral sain. «
Le laboratoire de Fox prévoit de s’appuyer sur cette découverte en travaillant à développer de nouvelles façons de restimuler la croissance inhibitrice des synapses dans les cerveaux malades ou blessés. L’équipe avait précédemment découvert qu’un petit peptide dérivé de ce collagène, la matricyptine, était suffisant pour favoriser la croissance des synapses inhibitrices dans les cellules dépourvues de collagène 19.
«Nous voulons traduire ce que nous apprenons sur la façon dont ces circuits se développent en thérapeutique», a déclaré Fox. «Nous avons trouvé un peptide qui semble prometteur pour stimuler la formation de synapse inhibitrice et étudions des moyens de l’utiliser.
Le premier auteur de l’étude, Jianmin Su, est professeur assistant de recherche au Fralin Biomedical Research Institute. Parmi les autres contributeurs à la recherche figuraient Danielle Basso, Shivani Iyer, Kaiwen Su et Jessica Wei.
Cette étude a été financée par une subvention de la Brain and Behavior Research Foundation.