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Comprendre la connectique du cerveau en disséquant chaque type de synapse
La myriade de types neuronaux qui composent le cerveau des mammifères forme un réseau connecté bien précis. Comprendre comment ce réseau neuronal se forme et quels sont les processus moléculaires impliqués reste une des grandes questions ouvertes des neurosciences. Un travail mené par une chercheuse du CNRS et effectué à l’Université Rockefeller (USA) a permis le développement d’une stratégie visant à isoler les différents types de synapses du cerveau de souris et ainsi à décoder le cerveau. Ce premier exemple de purification d’un type particulier de synapse de mammifères et de l’identification de sa composition protéique est publié le 14 avril 2009 sur le site du journal PLoS Biology.
Le cerveau des mammifères est composé de plusieurs centaines de types neuronaux différents qui présentent des fonctions spécifiques. Chaque type de neurones est relié à d’autres types via des connections particulières appelées synapses. Chaque type de synapse a une localisation subcellulaire bien définie et des propriétés fonctionnelles particulières, permettant ainsi la formation d’un réseau neuronal fonctionnel. Comment ce degré de précision de la connectivité neuronale est-il atteint ? Une hypothèse propose qu’il existe un code moléculaire propre à chaque type de synapse.
Les études sur la composition des synapses menées jusqu’à présent ont permis de grandes avancées sur la compréhension du fonctionnement du système nerveux. Cependant, elles consistent en une étude globale qui ne tient pas compte de la diversité des synapses.
Les travaux menés par Fekrije Selimi, chargée de recherche CNRS, dans l’équipe du Pr. Heintz (Rockefeller University, USA) ont visé à isoler séparément les différents types de synapses inter neuronales du cerveau de souris afin d’en étudier la composition protéique. Cette stratégie innovante a consisté à combiner plusieurs technologies. Tout d’abord, la transgenèse chez la souris basée sur la modification des BACs (chromosomes artificiels de bactérie) a permis de « marquer moléculairement » un type de synapse particulier dans une catégorie de neurones précis. Ensuite des préparations biochimiques ont permis de purifier les synapses contenant le marqueur moléculaire d’intérêt. Les protéines présentes dans ces synapses purifiées ont alors pu être identifiées par spectrométrie de masse.
Cette stratégie a permis la purification d’un type de synapses particulier, la synapse fibre parallèle/cellule de Purkinje du cervelet, et l’identification d’environ 60 protéines constituantes (voir figure).
Les données obtenues vont permettre de tester de nouvelles hypothèses quant à la régulation du fonctionnement de ce type synaptique particulier. L’application de cette nouvelle stratégie à l’étude de multiples types synaptiques permettra également de tester l’hypothèse selon laquelle un code moléculaire contrôlerait la formation du réseau neuronal et d’isoler les protéines potentiellement impliquées dans la formation de ce réseau.
(A) Microscopie électronique de structures synaptiques purifiées. (B) Coloration des protéines purifiées à la synapse fibre parallèle/cellule de Purkinje (C) Identification par spectrométrie de masse de 65 protéines présentes à la synapse fibre parallèle/cellule de Purkinje ©F. Selimi
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Proteomic studies of a single CNS synapse type : the parallel fiber/Purkinje cell synapse
F. Selimi, I.M. Cristea, E. Heller, B.T. Chait & N. Heintz
PLoS Biology (2009), Published April 14, 2009
7(4): e1000083 doi:10.1371/journal.pbio.1000083
Contact chercheur
Neurobiologie des processus adaptatifs
UMR 7102 (CNRS/Université Pierre & Marie Curie)
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