Le traçage génétique nous apporte des indications sur le développement des circuits complexes du cerveau
Le cerveau est constitué de milliards de cellules de différents types qui sont organisés en réseaux sophistiqués et déterminent les différentes fonctions cérébrales. Les chercheurs du projet MOMECODE financés par l'Union européenne utilisent de nouvelles méthodes de marquage cellulaire pour comprendre comment des cellules nerveuses spécifiques ou neurones se développent et s'interconnectent lors du développement du cerveau. Les scientifiques utilisent ainsi des marqueurs génétiques pour coder en couleur et suivre le chemin des neurones pendant qu'ils trouvent leur place légitime dans une zone cérébrale particulière, le cortex cérébral en développement. «Quand un neurone naît d'une cellule souche neuronale, il migre habituellement à une certaine distance de la zone spécifique où les cellules se branchent pour créer ces circuits dits neuronaux», nous explique Simon Hippenmeyer, Professeur assistant de l'Institut des Sciences et Technologies en Autriche, où il a créé son laboratoire après son retour de l'Université de Stanford (Californie, Etats-Unis) et son installation en Europe grâce à une bourse européenne Marie Curie. Une technique génétique appelée Analyse Mosaïque avec Doubles Marqueurs (MADM, pour Mosaic Analysis with Double Markers), permet aux chercheurs de visualiser directement de petits groupes de neurones ou même des neurones individuels et de les manipuler génétiquement en même temps, explique le Dr Hippenmeyer. Comparaison des cellules rouges et vertes Cette technique permet aux chercheurs de naviguer à travers des réseaux neuronaux extrêmement denses et de suivre précisément des neurones individuels. Des marqueurs protéiques fluorescents rouges et verts sont ainsi codés dans le génome de la souris pour marquer certains types de neurones avec possibilité d’y intégrer une mutation génétique. Les deux types neuronaux seront alors marqués différemment, les neurones sains dans une couleur et les neurones pathologiques dans une autre, il sera alors possible de les comparer pour comprendre comment les cellules se comportent dans des conditions saines ou pathologiques. «La technique MADM nous permet de faire cette manipulation avec une très haute résolution, de sorte que nous pouvons faire certains types d'analyses quantitatives qui n'étaient pas possibles auparavant», explique le Dr Hippenmeyer. Marquer une cellule tout en y introduisant une modification génétique est techniquement très difficile. «Il n'existe pas de technique comparable qui permette de le faire aussi facilement et avec un tel niveau de précision», affirme le Dr Hippenmeyer, nous expliquant que les chercheurs doivent généralement comparer deux animaux différents, l'un malade et l'autre sain au lieu de pouvoir observer les cellules côte à côte dans une «mosaïque». Génération fixe de neurones La possibilité de compter chaque cellule a permis de découvrir qu'il existait une période bien précise de fabrication des neurones au cours du développement cérébral. «On peut observer une génération fixe et uniforme d'environ 8-9 neurones par cellule souche neurale», explique le Dr Hippenmeyer. «Cette découverte est complètement inattendue car la plupart des cellules souches se reproduisent à un rythme aléatoire dans les différents organes.» Les cellules souches doivent parfaitement ajuster leur production, sinon il y aura trop ou trop peu de cellules neuronales - ce qui débouchera sur un cerveau trop grand ou trop petit - et ce processus est largement sous le contrôle des gènes, nous dit-il. «Nous essayons de comprendre les mécanismes naturels des cellules souches qui permettent d’aboutir à un cerveau de la taille adéquate.» Même si les expériences du projet MOMECODE sont réalisées sur des souris de laboratoire, elles pourraient nous éclairer sur le développement du cerveau humain et peut-être même sur son évolution. De nombreux troubles psychiatriques peuvent être causés par de subtils changements dans l'architecture du cerveau. Cette technique de mise en évidence des cellules peut être reproduite en utilisant des gènes potentiellement perturbés dans les maladies psychiatriques ou la démence, et voir comment ces changements affectent le cerveau. De telles approches peuvent éclairer les maladies neurodéveloppementales et aider à comprendre pourquoi le développement du cerveau humain est si sensible.
Mots‑clés
MOMECODE, cerveau, développement cérébral, neurones, cognition, comportement, fluorophores, biomarqueur, cellules souches, psychiatrie