Des scientifiques décrivent la signature génétique d’un réseau de neurones vital

Des scientifiques du Centre Médical de Langone (NYU) ont identifié deux gènes impliqués dans l’établissement de circuits neuronaux nécessaires à la respiration. Ils font état de leurs découvertes dans une étude publiée dans le numéro de décembre de la revue Nature Neuroscience. La découverte, qui figure en page de couverture de la revue, pourrait aider aux traitements avancés pour des lésions de la moelle épinière et les maladies neuro-dégénératives telles que la sclérose latérale amyotrophique (SLA), dans laquelle les neurones qui contrôlent le mouvement des muscles nécessaires pour respirer, bouger ou manger sont graduellement détruits.

L’étude identifie un code moléculaire qui distingue les cellules nerveuses commandant les muscles, qui sont désignées collectivement sous le nom de « la colonne moteur phrénique » (PMC pour phrenic motor column). Ces cellules sont placées environ à mi-hauteur à l’arrière du cou, juste au-dessus de la quatrième vertèbre cervicale et sont probablement les « plus importants neurones moteurs de notre corps » d’après Jeremy Dasen, PhD, assistant professeur de physiologie et de neuroscience et membre de l’Institut Médical Howard Hughes, qui a dirigé une étude de trois ans avec Polyxeni Philippidou, PhD, un collègue post-doctorant.

Une lésion de la partie du cordon médullaire où se trouvent les PMC peut entraîner un arrêt instantané de la respiration. Pourtant, on sait très peu de choses sur ce en quoi les neurones PMC se distinguent des neurones environnants, comment ils se développent et se branchent sur le diaphragme chez le fœtus.

Les cellules PMC relaient un flux constant de signaux électrochimiques, via les axons auxquels ils sont reliés, jusqu’aux muscles du diaphragme, permettant aux poumons de se dilater et de se relâcher selon le rythme normal de la respiration. « Nous avons maintenant un jeu de marqueurs moléculaires qui nous permettent de distinguer ces cellules particulières des autres sortes de neurones moteurs, si bien que nous pouvons les étudier en détail et rechercher des moyens pour améliorer sélectivement leur survie », dit le Dr. Dasen. La dégénérescence des neurones PMC est la cause majeure de décès chez les patients souffrant de SLA ou de blessures à la moelle épinière.

Pour déterminer ce qui distingue les neurones PMC des neurones voisins chez la souris, de Dr. Philippidou a injecté un traceur rétrograde fluorescent dans le nerf phrénique, qui relie les neurones PMC au diaphragme. Il a ensuite observé les neurones spinaux qui s’illuminaient alors que le traceur remontait vers les PMC. Il a utilisé des souris transgéniques qui expriment des protéines fluoresçant en vert (GFP) dans les neurones moteurs et leurs axons, de façon à pouvoir voir le nerf phrénique. Après avoir noté l’expression caractéristique des gènes dans ces neurones, le Dr. Philippidou a entrepris de déterminer leur rôle spécifique.

Enfin, une souche élaborée de souris transgéniques, basée en partie sur des souris fournies par Lucie Jeannotte, PhD, une collaboratrice de l’Université of Laval au Québec, a révélé que deux gènes, Hoxa5 et Hoxc5, étaient les plus importants contrôleurs du développement des PMC. Les gènes Hox (dont 39 sont exprimés chez les humains) sont bien connus comme des régulateurs majeurs du développement chez les animaux.

Lorsque les gènes Hoxa5 et Hoxc5 sont inactivés chez des embryons de neurones moteurs de souris, d’après les scientifiques, les PMC ne se forment pas suivant leur configuration accoutumée (une colonne serrée) et ne se connectent pas au diaphragme, si bien que l’on obtient un nouveau-né incapable de respirer. D’après le Dr. Dasen, « Même si vous détruisez ces gènes plus tard dans le développement fœtal, la population de neurones PMC chute et le nerf phrénique ne forme pas assez de ramifications dans les muscles du diaphragme ».

Le Dr. Dasen a l’intention d’utiliser ses découvertes pour développer une meilleure compréhension de l’ensemble des mécanismes de la respiration, notamment les neurones qui gèrent le rythme de la respiration dans le cerveau, qui à leur tour sont régulés par le niveau de CO2, le stress et d’autres facteurs environnementaux. « Maintenant que nous savons certaines choses à propos des cellules PMC, nous pouvons progresser dans différents autres domaines, de façon à comprendre comment toutes ces connexions s’établissent. »

« Dès lors que nous comprenons comment de circuit respiratoire est branché, nous pouvons développer des nouvelles options de traitement pour les problèmes respiratoires, comme les apnées du sommeil », ajoute le Dr. Philippidou.

Lors du mois d’octobre dernier, le Dr. Dasen avait perdu un grand nombre de ses souris transgéniques, lorsque l’ouragan Sandy avait englouti des fondations du building Smirlow, où était situé le NYU Langone Medical Center. Juste avant que l’ouragan ne frappe, il avait heureusement renvoyé un nombre important de ces souris au Dr. Jeannotte, au Québec, si bien qu’il déclare : « Ainsi, nous n’avons pas tout perdu ! »

Traduction : Pierre-Paul

Source : ScienceDaily