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Parutions

 

De la mécanique dans la construction des circuits de neurones

 

En étudiant le développement du circuit olfactif chez le poisson-zèbre, l’équipe de Sylvie Schneider-Maunoury à l’Institut de biologie Paris-Seine, révèle que les axones des neurones sensoriels olfactifs, qui établissent des connexions avec le cerveau, s’allongent par un mécanisme original faisant intervenir des forces mécaniques externes aux neurones. Cette étude a été publiée le 17 août  2017 dans la revue Nature Communications.


En utilisant l’imagerie in vivo en temps réel, les chercheurs ont découvert que les axones olfactifs s'allongent par le déplacement des corps cellulaires : ceux-ci s'éloignent de l’extrémité de leur axone qui, elle, reste fixe, ancrée à la surface du cerveau. Cette stratégie diffère du mode classique d'élongation des axones, dans lequel l'axone est l'entité mouvante, émergeant d'un corps cellulaire statique et naviguant vers sa cible en réponse à des molécules de guidage. Ici, c'est le mouvement du corps cellulaire qui allonge l'axone.

Pour mieux comprendre le moteur du mouvement des corps cellulaires, les chercheurs ont analysé le rôle des composants du cytosquelette, microtubules et actomyosine. Ils montrent que le déplacement des corps cellulaires est indépendant du cytosquelette intracellulaire : c’est un processus passif, qui se fait sans moteur interne, ce qui suggère que des forces mécaniques externes aux neurones poussent ou tirent les corps cellulaires, les obligeant ainsi à s'éloigner de leurs terminaisons axonales.

Pour caractériser les forces mécaniques en jeu, les chercheurs ont établi une carte des tensions mécaniques dans le circuit en développement. La carte obtenue renforce l'idée que les corps cellulaires des neurones olfactifs subissent des forces de compression ou de traction, à l'origine de leurs déplacements.  

Cette étude met donc en évidence un mécanisme original de mise en place d'un circuit neuronal, dans lequel l'extension des axones est provoquée par des forces mécaniques exercées sur les neurones. Elle met en évidence l'importance des signaux mécaniques dans le développement du système nerveux, dont on pensait jusqu’ici qu’il était uniquement contrôlé par des molécules guidant la migration des neurones et la croissance des axones.

D'autres cas d'élongation axonale avec extrémité fixe ont été décrits. Par exemple, au cours des phases tardives du développement, une fois les contacts synaptiques établis, les axones s'allongent pour s’adapter à la croissance de l'organisme. Il a été proposé que cette phase cruciale et universelle d'extension des axones serait sous le contrôle de la tension mécanique imposée par la croissance de l'animal, mais cette hypothèse n'a pas encore été testée expérimentalement.

Le système étudié ici, le circuit olfactif du poisson-zèbre, fournit l’opportunité d'explorer plus en profondeur la dynamique et les mécanismes qui sous-tendent ce mode général d'allongement des axones en réponse à des contraintes mécaniques externes. A plus long terme, ces connaissances pourraient aider à mettre au point de nouvelles méthodes d'ingénierie tissulaire dédiées à la réparation du cerveau et de la moelle épinière.

 

Figure : A gauche, schéma illustrant le mécanisme classique de croissance des axones: l'axone s'allonge grâce à l'activité locomotrice du cône de croissance, en réponse à des signaux moléculaires présents dans l'environnement. A droite, le nouveau mode d'élongation axonale découvert par les chercheurs: l'axone, dont l'extrémité est fixe, ancrée au cerveau, s'allonge par le mouvement passif du corps cellulaire, provoqué par des forces mécaniques externes au neurone.

© Marie Breau

 

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Contact chercheur

  • Marie Breau

    Morphogénèse du cerveau des vertébrés
    Laboratoire de Biologie du Développement CNRS UMR7622, Inserm U1156
    Institut de Biologie Paris-Seine
    Université Pierre et Marie Curie
    9 Quai Saint-Bernard 75252 Paris Cedex

    05 01 44 27 21 53

 

 

Mise en ligne le 18 août 2017

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