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Dans une nouvelle étude, des chercheurs de l’Institut et Hôpital neurologique de Montréal (le Neuro), de l’Université Â鶹AV, ont découvert un important mécanisme qui intervient dans la mise en place du vaste réseau de communication des connexions dans le cerveau.

Une voie de transmission des signaux qui implique des interactions entre un produit génique associé à la schizophrénie, la calcineurine, et un facteur de transcription, connu sous le nom de facteur nucléaire des lymphocytes T activés (NFAT), contribue à la connectivité aux jonctions, ou synapses, des cellules nerveuses (neurones) et affecte la longueur des projections des cellules nerveuses ou branches dendritiques dans le système visuel. Les résultats de l’étude, publiés dans la revue Neuron, pourraient être source d’espoir pour les adultes souffrant de traumatismes crâniens et rendre possibles le diagnostic précoce, des traitements et des thérapies pour la schizophrénie, l’autisme ou d’autres troubles du développement pour lesquels on soupçonne la croissance d’un câblage neurologique anormal tôt dans la vie.

Au début du développement du cerveau, il y a surabondance de connexions non précisées entre les neurones.  Pendant le développement (et l’apprentissage), ces connexions sont élaguées pour ne laisser que les plus fortes et les plus spécifiques. Cet affinement se produit sous l’effet d’une série de données entrantes de l’environnement, et on estime généralement qu’il est médié par des changements aux synapses – les jonctions spécialisées par lesquelles les neurones communiquent les uns avec les autres. 

Les neurones ont une tendance innée à faire des projections arborescentes du corps cellulaire connues sous le nom de dendrites. Les dendrites reçoivent de l’information et forment des contacts synaptiques avec les terminaisons d’autres cellules nerveuses pour que l’influx nerveux se transmette. Dans le modèle dit « synaptotrophique » de développement dendritique, les interactions entre les dendrites et les partenaires synaptiques potentiels fournissent les signaux extrinsèques qui aident à orienter la croissance dendritique selon une configuration optimisant les interactions synaptiques.  Par conséquent, la croissance ou ramification est plus susceptible de se produire dans des régions où il y a une synapse stabilisée et la rétraction est plus probable dans des régions où les synapses ne parviennent pas à maturité ou deviennent déstabilisées.

« Notre étude montre que des changements dans les connexions synaptiques sont aussi contrôlés par des modifications dans le profil transcriptionnel de la cellule qui régit la production protéique », indique le Pr Edward Ruthazer, neuroscientifique au Neuro et chercheur principal de l’étude. De plus en plus de données indiquent que la régulation transcriptionnelle, une étape importante du processus de fabrication des protéines, est un régulateur important de changements à long terme dans la connectivité synaptique

La protéine calcineurine (CaN) régule les programmes transcriptionnels qui contrôlent la formation et la fonction des synapses. Elle a aussi été fortement mise en cause dans l’affaiblissement des connexions entre cellules et est probablement un régulateur de l’élagage de la connectivité. La CaN donne des instructions aux neurones par le facteur de transcription NFAT, lequel joue un rôle important dans l’expansion de l’axone et la réaction neuronale aux signaux extrinsèques intervenant dans le développement et l’affinement du circuit.

Neil Schwartz, étudiant diplômé attaché au laboratoire du Pr Ruthazer, a conçu une méthode qui bloque expressément l’interaction entre la CaN et le NFAT au noyau afin d’examiner les effets sur les connexions neuronales dans le système visuel. « Nous avons découvert qu’inhiber la fonction de la CaN engendrait plus de branches dendritiques et plus de synapses, ce qui démontre que la CaN est un puissant régulateur de la complexité dendritique et de la fonction synaptique », a expliqué le Pr Ruthazer. « Nous avons aussi démontré que la CaN médie ses effets sur les circuits neuronaux par l’activation des facteurs de transcription NFAT et que l’activité du NFAT dans le cerveau en développement peut être régulée par stimulation visuelle naturelle.

Ce développement du modèle synaptotrophique qui tient compte non seulement des interactions avec des partenaires synaptiques façonnant l’architecture nerveuse, mais aussi du profil transcriptionnel des cellules nerveuses, jette une lumière nouvelle sur des maladies qui présentent une connectivité neuronale anormale et offre la possibilité de diagnostic précoce et de traitement.

L’Institut et Hôpital neurologique de Montréal

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