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Comment rétablir des connexions synaptiques dans le cerveau adulte
Des chercheurs du laboratoire Neurobiologie des Processus Adaptatifs (CNRS/Université Pierre et Marie Curie) viennent de montrer que la formation des circuits neuronaux au cours du développement laisse une empreinte indélébile qui influence la reformation de connexions synaptiques précises et fonctionnelles dans le cerveau adulte. Ces travaux sont publiés dans la revue PNAS le 18 Août 2009.
La réparation du cerveau, après un traumatisme, un accident vasculaire cérébral ou lors d’une maladie neurodégénérative, est un enjeu central pour la recherche en neurosciences. Chez l’adulte, les possibilités de réparation cérébrale sont cependant limitées par plusieurs facteurs, notamment la capacité des neurones survivants ou néoformés à former de nouvelles connexions efficaces et fonctionnelles dans le cerveau lésé.
Il est vraisemblable que pour reformer des circuits synaptiques spécifiques et fonctionnels, ces neurones recouvrent des capacités de plasticité exprimées antérieurement au cours de leur développement postnatal. Identifier les mécanismes qui déterminent les connexions nerveuses pendant le développement et dans des conditions de réinnervation est donc essentiel.
Comment un neurone choisit-il les partenaires avec lesquels il établit des connexions synaptiques ? C’est à cette question fondamentale que les chercheurs du laboratoire Neurobiologie des Processus Adaptatifs ont tenté de répondre en étudiant la formation de synapses dans le cervelet. Pour cela, les chercheurs ont utilisé un système de culture qui permet de manipuler l’état de maturation des neurones. Ils ont ainsi pu tester l’existence de périodes critiques pour la sélection de ces synapses mais aussi le rôle de chacun des partenaires synaptiques dans le processus de sélection.
Le résultat le plus marquant montre que la maturation des neurones conditionne la sélection des connexions synaptiques en empêchant les neurones adultes de reproduire certains phénomènes qui ont lieu dans le cerveau jeune. Ainsi, la sélection des partenaires synaptiques pendant le développement se produit grâce à l’élimination sélective de connexions redondantes formées pendant le développement précoce. Ce processus de sélection dépend de l’activité synaptique des neurones et vraisemblablement de l’expérience sensorielle (c’est-à-dire de l’environnement). A l’opposé, les connexions synaptiques reformées dans le système mature sont d’emblée précises et la sélection des partenaires synaptiques ne dépend pas de l’activité synaptique des neurones.
Une hypothèse intéressante consiste donc à proposer que la sélection des connexions synaptiques pendant le développement, dépendante de l’activité neuronale et de l’expérience sensorielle, laisse une «empreinte» qui pourrait influencer ou guider la reformation de synapses spécifiques dans le système mature. D’un point de vue fonctionnel, cette empreinte pourrait garantir la stabilité des circuits nerveux spécifiques formés pendant le développement et permettre leur reformation après une lésion chez l’adulte. Ces résultats, qui corroborent des études antérieures du laboratoire (Letellier et al., 2007 ; Willson et al., 2007), sont majeurs pour la compréhension de la reformation des circuits lésés et la restauration des fonctions qu’ils supportent. Reste désormais à déterminer la nature de cette empreinte et à comprendre les mécanismes qui permettent sa mise en place pendant le développement.
Figure : Image réalisée en immunofluorescence qui montre une fibre nerveuse (marquée en vert) établissant des connexions synaptiques sur des neurones cibles spécifiques (marqués en bleu) dans un système d’explant maintenu in vitro. © M. Letellier
Références
- Letellier M, Bailly Y, Demais V, Sherrard RM, Mariani J, Lohof AM. Reinnervation of late post-natal Purkinje cells by climbing fibres: neosynaptogenesis without transient multi-innervation.
Journal of Neuroscience (2007), 27: 5373–5383. - Willson ML, McElnea C, Mariani J, Lohof AM, Sherrard RM.
BDNF increases homotypic olivocerebellar reinnervation and associated fine motor and cognitive skill.
Brain (2008), 131:1099-112.
En savoir plus
- Letellier M., Wehrlé R., Mariani J. & Lohof A.M.
Synapse elimination in olivo-cerebellar explants occurs during a critical period and leaves an indelible trace in Purkinje cells
Proc. Natl. Acad. Sci. USA (2009), 106 (33) : 14102-14107
Contacts chercheurs
MRC Laboratory for Molecular Cell Biology and Cell Biology Unit and
Department of Neuroscience, Physiology and Pharmacology
University College London,
Gower Street, London, WC1E 6BT
Laboratoire Neurobiologie des Processus Adaptatifs
UMR 7102, CNRS/Université Pierre et Marie Curie
UPMC Bat. B , 4è, 5è, 6è étages
9 Quai Saint-Bernard-Case 14
75252 Paris Cedex 05
