Découverte d’une nouvelle fonction exécutée par près de la moitié des cellules cérébrales

Résumé: La libération d’ions potassium par les neurones charge l’activité électrique des astrocytes, permettant le contrôle de la neurotransmission. La diaphonie astrocyte-neurone soulève des questions sur le fonctionnement de l’interaction dans la pathologie cérébrale et les implications pour la mémoire et l’apprentissage.

La source: université des touffes

Des chercheurs de la Tufts University School of Medicine ont découvert une fonction auparavant inconnue exécutée par un type de cellule qui comprend près de la moitié de toutes les cellules du cerveau.

Les scientifiques affirment que cette découverte chez la souris d’une nouvelle fonction des cellules appelées astrocytes ouvre une nouvelle direction pour la recherche en neurosciences qui pourrait un jour conduire à des traitements pour de nombreux troubles allant de l’épilepsie à la maladie d’Alzheimer en passant par les lésions cérébrales traumatiques.

Tout dépend de la façon dont les astrocytes interagissent avec les neurones, qui sont des cellules fondamentales du cerveau et du système nerveux qui reçoivent des informations du monde extérieur. Grâce à un ensemble complexe de signaux électriques et chimiques, les neurones transmettent des informations entre différentes zones du cerveau et entre le cerveau et le reste du système nerveux.

Jusqu’à présent, les scientifiques pensaient que les astrocytes étaient des membres importants, mais mineurs, de cette activité. Les astrocytes guident la croissance des axones, la longue et mince projection d’un neurone qui conduit les impulsions électriques. Ils contrôlent également les neurotransmetteurs, des substances chimiques qui permettent le transfert de signaux électriques dans tout le cerveau et le système nerveux. De plus, les astrocytes construisent la barrière hémato-encéphalique et réagissent aux blessures.

Mais ils ne semblaient pas être électriquement actifs comme les neurones les plus importants, jusqu’à présent.

“L’activité électrique des astrocytes modifie le fonctionnement des neurones”, explique Chris Dulla, professeur agrégé de neurosciences à l’École de médecine et à l’École supérieure des sciences biomédicales, et auteur correspondant d’un article publié aujourd’hui par neurosciences de la nature.

« Nous avons découvert une nouvelle façon dont deux des cellules les plus importantes du cerveau communiquent entre elles. Parce que tant de choses sont inconnues sur le fonctionnement du cerveau, la découverte de nouveaux processus fondamentaux qui contrôlent la fonction cérébrale est essentielle au développement de nouveaux traitements pour les maladies neurologiques. »

En plus de Dulla et de l’auteur principal Moritz Armbruster, les autres auteurs de l’étude incluent Saptarnab Naskar, Mary Sommer, Elliot Kim et Philip G. Haydon de la Tufts University School of Medicine; Jacqueline P. Garcia du programme de biologie cellulaire, moléculaire et du développement de la Tufts Graduate School of Biomedical Sciences ; et des chercheurs d’autres institutions.

Pour faire cette découverte, l’équipe a utilisé une technologie entièrement nouvelle pour concevoir une technique qui leur permet de voir et d’étudier les propriétés électriques des interactions des cellules cérébrales, qui ne pouvaient pas être observées auparavant.

«Avec ces nouveaux outils, nous avons essentiellement découvert des aspects complètement nouveaux de la biologie», déclare Armbruster, professeur adjoint de recherche en neurosciences à l’École de médecine. “Au fur et à mesure que de meilleurs outils arrivent, par exemple de nouveaux capteurs fluorescents sont constamment développés, nous acquerrons une meilleure compréhension de choses auxquelles nous n’avions même pas pensé auparavant.”

“La nouvelle technologie reflète l’activité électrique avec la lumière”, explique Dulla. “Les neurones sont très actifs électriquement, et la nouvelle technologie nous permet de voir que les astrocytes sont également actifs électriquement.”

Dulla décrit les astrocytes comme “s’assurant que tout est copacétique dans le cerveau, et si quelque chose ne va pas, s’il y a une blessure ou une infection virale, ils le détectent, ils essaient de réagir, puis ils essaient de protéger le cerveau contre les insultes. Ce que nous voulons faire ensuite, c’est déterminer comment les astrocytes changent lorsque ces insultes se produisent.”

La communication de neurone à neurone se produit par la libération de paquets de produits chimiques appelés neurotransmetteurs. Les scientifiques savaient que les astrocytes contrôlent les neurotransmetteurs, qui aident à garantir que les neurones restent sains et actifs. Mais la nouvelle étude révèle que les neurones libèrent également des ions potassium, qui modifient l’activité électrique de l’astrocyte et la façon dont il contrôle les neurotransmetteurs.

«Ainsi, le neurone contrôle ce que fait l’astrocyte et ils communiquent dans les deux sens. Les neurones et les astrocytes se parlent d’une manière qui n’était pas connue auparavant », dit-il.

L’impact sur la recherche future

La découverte de la diaphonie entre les astrocytes et les neurones soulève de nombreuses questions sur le fonctionnement des interactions dans la pathologie cérébrale et dans le développement de l’apprentissage et de la mémoire. “Cela nous fait repenser tout ce que font les astrocytes, et comment le fait que les astrocytes soient électriquement actifs peut influencer un large éventail de maladies neurologiques”, dit-il.

Par exemple, dans la maladie d’Alzheimer, les astrocytes ne contrôlent pas les neurotransmetteurs, même si c’est leur travail fondamental, explique Dulla. Des problèmes similaires se produisent avec les lésions cérébrales traumatiques et l’épilepsie. Pendant des années, les scientifiques ont pensé que le problème était peut-être dû à une protéine manquante ou à une mutation qui empêche une protéine de fonctionner.

“On a émis l’hypothèse que l’accumulation de potassium extracellulaire dans le cerveau contribuait aux pathologies de l’épilepsie et de la migraine”, explique Armbruster. “Cette nouvelle étude nous donne une meilleure compréhension de la façon dont les astrocytes éliminent cette accumulation et aident à maintenir un équilibre d’excitation.”

Des chercheurs de l’Université Tufts ont découvert l’activité électrique des astrocytes dans le cerveau. Crédit : Sienna Fried

Les chercheurs évaluent actuellement les médicaments existants pour voir s’ils peuvent manipuler les interactions entre les neurones et les astrocytes. « Ce faisant, pouvons-nous un jour aider les gens à apprendre plus vite ou mieux ? Peut-on réparer une lésion cérébrale lorsqu’elle survient ? demande Doula.

La nouvelle technologie utilisée pour faire cette découverte ouvre non seulement de nouvelles façons de penser à l’activité des astrocytes, mais fournit également de nouvelles approches de l’activité d’imagerie dans tout le cerveau. Auparavant, il n’y avait aucun moyen d’imager l’activité du potassium dans le cerveau, par exemple, ou d’étudier comment le potassium est impliqué dans le sommeil, le métabolisme ou les blessures et les infections dans le cerveau.

“Nous donnons ces outils à d’autres laboratoires afin qu’ils puissent utiliser les mêmes tests et techniques pour étudier les questions qui les intéressent”, dit-il. “Les scientifiques obtiennent les outils pour étudier les maux de tête, la respiration, les troubles du développement et un large éventail de maladies neurologiques différentes.”

À propos de cette actualité de la recherche en neurosciences

Auteur: bureau de presse
La source: université des touffes
Contact: Bureau de presse – Université Tufts
Image: L’image est attribuée à Siena Fried.

recherche originale : Accès fermé.
“L’activité neuronale entraîne une dépolarisation spécifique à la voie des processus astrocytes périphériques” par Moritz Armbruster et al. neurosciences de la nature


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Cela montre une allée dans une épicerie.

L’activité neuronale entraîne une dépolarisation spécifique à la voie des processus astrocytes périphériques

Les astrocytes sont des cellules gliales qui interagissent avec les synapses neuronales par leurs processus distaux, où ils éliminent le glutamate et le potassium (K+) de l’espace extracellulaire suite à l’activité neuronale.

Piégage astrocytaire du glutamate et du K+ dépend de la tension, mais le potentiel membranaire des astrocytes (vmètre) est considéré comme largement invariant. En conséquence, ces dépendances de tension n’ont pas été considérées comme pertinentes pour la fonction astrocytaire.

Utilisez des indicateurs de tension codés génétiquement pour permettre la mesure de vmètre dans les processus astrocytaires périphériques (PAP) chez la souris, nous rapportons des dépolarisations importantes, rapides, focales et spécifiques à la voie dans les PAP au cours de l’activité neuronale.

Ces dépolarisations dépendantes de l’activité des astrocytes sont entraînées par le K présynaptique médié par le potentiel d’action.+ efflux et transporteurs électrogéniques de glutamate.

Nous avons constaté que la dépolarisation PAP inhibe l’élimination du glutamate des astrocytes au cours de l’activité neuronale, améliorant l’activation neuronale par le glutamate.

Cela représente une nouvelle classe de dynamique membranaire subcellulaire des astrocytes et une nouvelle forme d’interaction astrocyte-neurone.

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