Des chercheurs de l’Université McGill ont montré qu’une structure cellulaire du cerveau que l’on croyait auparavant pathologique améliore en fait la capacité des cellules à transmettre des informations et est en corrélation avec un meilleur apprentissage de certaines tâches.
Crédit image : Kim Gruver, Watt Lab
Dans une étude publiée dans Communication Nature, l’équipe a étudié les gonflements qui se produisent dans les axones des cellules de Purkinje dans le cervelet. Dans des résultats qui contredisent les attentes établies, ils ont constaté que les axones avec des gonflements conduisaient mieux les signaux électriques que ceux qui n’en avaient pas.
« Ce sont le genre de résultats où vous vous grattez vraiment la tête et pensez : « Vérifiez cela à nouveau », déclare l’auteur principal Alanna Watt, professeure agrégée au Département de biologie. « Nous pensions vraiment quand nous avons commencé cela que nous allions caractériser et mesurer comment un axone échoue – et ce n’est pas du tout ce que nous avons vu. »
Les données expérimentales déroutent les attentes
Des gonflements dans les axones – les fibres longues et minces à travers lesquelles les cellules nerveuses transmettent des informations à d’autres cellules – sont observés dans le développement normal et dans la maladie. Un nombre accru de gonflements axonaux est observé dans divers troubles neurodégénératifs, ce qui a conduit les scientifiques à croire que les gonflements ont un impact négatif sur la fonction axonale. Bien que la modélisation informatique appuie ce point de vue, l’équipe de recherche de McGill a été la première à tester la théorie avec des mesures sur des cellules nerveuses réelles.
En utilisant une combinaison techniquement difficile de microscopie à deux photons et d’électrophysiologie pour mesurer l’activité électrique simultanément à différents endroits dans les cellules, les chercheurs ont démontré que la présence de gonflements axonaux dans les cellules de Purkinje de souris n’avait aucun impact négatif sur la vitesse à laquelle ces cellules produisaient des signaux ( la cadence de tir) ou sur la vitesse à laquelle les axones ont transmis les signaux. Remarquablement, les expériences ont également montré qu’à des taux de décharge de pointe, les axones avec des gonflements étaient moins susceptibles d’échouer que ceux sans.
Rôle dans une maladie neurodégénérative remis en cause
Dans une tournure surprenante, les chercheurs de McGill ont découvert qu’ils étaient capables de stimuler la formation de gonflements axonaux en introduisant un médicament qui bloquait la transmission de signaux électriques dans les cellules nerveuses, en particulier dans les axones. Voir des gonflements axonaux se former en quelques heures lorsque l’axone d’une cellule nerveuse a été compromis de cette manière remet en question les hypothèses précédentes sur le rôle des gonflements axonaux dans les troubles neurodégénératifs. Comme l’explique Watt, la découverte laisse place à la possibilité que les gonflements représentent un mécanisme d’auto-réparation plutôt qu’une détérioration causée par une maladie.
« La transmission d’informations par le biais de signaux électriques est la chose la plus importante que fait un axone », dit-elle. « S’il commence à échouer à ce travail, il est logique qu’il y ait un mécanisme qui essaie d’empêcher cela. »
L’analyse comportementale confirme l’impact positif des gonflements
En plus de leurs investigations au niveau cellulaire, les chercheurs ont cherché à déterminer l’impact des gonflements axonaux sur la fonction cérébrale globale. L’équipe a utilisé trois tests conçus pour évaluer l’apprentissage moteur et la coordination, qui sont parmi les rôles les plus importants du cervelet. Soutenus par la modélisation pour tenir compte de la variation naturelle entre les capacités d’apprentissage individuelles, les résultats ont révélé une corrélation positive entre l’abondance des gonflements axonaux dans les cellules cérébelleuses de Purkinje et les capacités d’apprentissage moteur.
« Nous pensons que le lien est probablement indirect », explique Watt. « L’apprentissage se déroule probablement ailleurs, mais les informations sont relayées de manière plus fiable et nous constatons donc une amélioration. »
La source: université McGill
