Molécule dans le cervelet éperonne les gagnants et les perdants des cellules cérébrales

La progranuline des cellules de Purkinje contrecarre le processus de taille dans le cervelet.

La progranuline dérivée des cellules de Purkinje (PC) neutralise l’élimination des synapses et renforce la fibre grimpante la plus forte (gagnante) (CF). La progranuline agit sur le développement des synapses de la mucoviscidose du jour 11 à 16, indépendamment de Semaphorin3A, une autre molécule de signalisation rétrograde qui neutralise l’élimination de la synapse des FC. La progranuline dérivée de PC agit de manière rétrograde sur son récepteur putatif Sort1 sur les FC. Les CF perdants sont maintenus par le signal Progranulin-Sort1 et le signal Semaphorin3A-PlexinA4, mais ils sont finalement élagués par des “signaux d’élimination” tels que Semaphorin7A et le facteur neurotrophique dérivé du cerveau (BDNF).

Source: 2018 Masanobu Kano.

Pour la première fois, des scientifiques de l’Université de Tokyo ont identifié qu’une molécule dérivée des cellules de Purkinje dans le cervelet appelée «progranuline» renforce la fibre grimpante la plus forte («gagnante») et contrecarre l’élimination des synapses qui se produisent normalement dans le cerveau. naissance. Bien que cette étude ait été menée sur des souris, les chercheurs spéculent que le dysfonctionnement de la progranuline peut entraîner la «taille» atypique des fibres nerveuses et des connexions qui sous-tendent divers troubles neurologiques chez l’homme, allant de l’autisme à la démence frontotemporale. Les résultats ont été publiés le 1er février 2018 dans la revue Neuron.

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Au cours du développement précoce typique, chaque cellule de Purkinje est connectée à plusieurs fibres grimpantes. Au fur et à mesure de la maturation du cervelet sain, les apports synaptiques sont généralement éliminés, jusqu’à ce qu’il n’y ait plus qu’un seul apport de fibres grimpantes par cellule de Purkinje. L’élimination des synapses redondantes et l’enrichissement des synapses importantes sont essentiels pour optimiser nos circuits neuronaux tant dans la vie que dans le sport.

Malheureusement, certaines mutations génétiques et certains facteurs environnementaux peuvent perturber l’élagage et la plasticité des cellules de Purkinje, ce qui peut entraîner trop de connexions synaptiques ou pas assez. Être à chaque extrémité de ces extrêmes peut entraîner une myriade de troubles neurologiques et neuropsychiatriques.

Si le processus d’élagage neuronal typique est perturbé et que les fonctions cérébelleuses ne sont pas rationalisées, les cellules de Purkinje peuvent facilement court-circuiter le bruit de fond et la surcharge d’informations. Cela aide à expliquer pourquoi le dysfonctionnement des cellules de Purkinje est à la base de nombreux symptômes observés dans les troubles du spectre autistique. (Pour plus d’informations, voir “L’autisme, les cellules de Purkinje et le cervelet sont entrelacés.”)

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Idéalement, chaque fibre grimpante fournit un apport robuste et excitateur au cervelet, ce qui déclenche un pic de potentiel postsynaptique excitateur (EPSP) puissant dans la cellule de Purkinje correspondante. Cette dynamique fait du partenariat entre les fibres grimpantes et les cellules de Purkinje un élément central dans la mise au point et la coordination des mouvements musculaires utilisés dans les activités quotidiennes, tout en jouant d’un instrument de musique, en servant une balle de tennis, etc.

En plus de coordonner les capacités motrices, de plus en plus de preuves montrent que les systèmes de fibres grimpantes afférentes jouent un rôle clé dans le traitement sensoriel et les tâches cognitives qui fonctionnent souvent indépendamment de la conscience. (Pour plus d’informations, voir “Comment le cerveau maîtrise-t-il inconsciemment les compétences automatisées?”)

Masanobu Kano et son équipe de Kano Laboratory, en utilisant un modèle de souris cérébelleuse conçu sans progranuline, ont identifié que les fibres grimpantes étaient plus rapidement éliminées en l’absence de cette molécule (voir les diagrammes ci-dessus).

“Parmi les multiples fibres grimpantes innervant chaque cellule de Purkinje dans le cervelet néonatal, une seule fibre grimpante est renforcée et maintenue tout au long de la vie de l’animal, tandis que les autres fibres grimpantes sont affaiblies et éventuellement éliminées”. “Notre objectif était d’identifier une nouvelle molécule impliquée dans le renforcement et le maintien des intrants de fibre unique.”

Le principe sous-jacent de la neuroplasticité est basé sur un type de “darwinisme neural”, “utilisez-le ou perdez-le”, qui renforce ou affaiblit les connexions synaptiques en fonction de la pertinence de chaque connexion. Tout comme cultiver un bonsaï nécessite une taille constante pour rediriger les nutriments afin de fortifier certaines branches, les connexions neuronales sont élaguées ou nourries par des mécanismes moléculaires complexes qui renforcent ou neutralisent la croissance.

Cervelet (latin pour “petit cerveau” ou “petit cerveau”) en rouge. “Cerebellar” est le mot soeur de “cérébral” et signifie “se rapportant au cervelet ou situé dans celui-ci”.

Source: Wikipedia / base de données sciences de la vie

Quelles sont les origines du darwinisme neural et le concept de la taille neurale?

L’un des pionniers originaux du darwinisme neural était Gerald Edelman, chercheur lauréat du prix Nobel. En 1978, Edelman a co-écrit un livre fondateur, The Mindful Brain: Organisation corticale et la théorie sélective des fonctions cérébrales supérieures (MIT Press) avec Vernon B. Mountcastle de l’école de médecine Johns Hopkins, que beaucoup considèrent comme le «père de Neuroscience. ”

La théorie de la “sélection de groupes neuronaux” comporte trois composantes principales:

1. Sélection développementale: la connectivité anatomique fonctionnelle dans le cerveau est un événement «mécanochimique» sélectif qui se produit au niveau épigénétique au début du développement.

2. Sélection expérientielle: Les expériences comportementales postnatales renforcent ou affaiblissent les connexions synaptiques entre les groupes neuronaux.

3. Reentry: Au fil du temps, divers degrés d’amplification à partir d’un “chorus neuronal” facilitent la précision spatio-temporelle en réponse aux interactions du monde réel.

Apparence “Fan chinois” des cellules de Purkinje les rend très distinctives

Les cellules de Purkinje (qui sont les neurones les plus grands et les plus distinctifs du cerveau humain) portent le nom de Johannes Purkinje. Il a d’abord identifié ces neurones uniques chinois en forme d’éventail et leurs fibres en 1837. Le Dr Purkinje a également été le premier à identifier que chaque être humain possède des empreintes digitales uniques. Il avait un penchant pour démasquer des choses apparemment évidentes que tout le monde avait tendance à négliger.

Dessin des cellules de Purkinje (A) et des cellules granulaires (B) du cervelet de pigeon par Santiago Ramón y Cajal. Cette illustration est reproduite à la p. 120 de “Le chemin de l’athlète: la sueur et la biologie de la félicité” (St. Martin’s Press) dans une section intitulée “Les cellules de Purkinje: la clé de la mémoire musculaire”.

Source: Santiago Ramón y Cajal, 1899. Institut Santiago Ramón y Cajal, Madrid, Espagne

Dans l’optique du sport et de la performance physique maximale, il est important que les athlètes soient conscients du rôle central que jouent les cellules de Purkinje et le cervelet dans la maîtrise de la motricité fine et de la mémoire musculaire implicite.

Hypothèse de “la dysmétrie de la pensée” de Schmahmann: un changeur de jeu cérébelleux

Historiquement, la plupart des experts pensaient que le cervelet et les cellules de Purkinje ne jouaient aucun rôle dans les processus cérébraux non moteurs. Cela dit, cette perception erronée de notre “petit cerveau” et des cellules de Purkinje évolue rapidement.

Il y a une quantité croissante de preuves du 21ème siècle pour soutenir l’hypothèse révolutionnaire de “Dysmétrie de la Pensée” de Jeremy Schmahmann (1998), qui postule que des régions spécifiques du cervelet ajustent et coordonnent notre pensée cervelet affine et coordonne les mouvements musculaires.

Schmahmann est professeur de neurologie à l’Hôpital général du Massachusetts de la Harvard Medical School et un leader visionnaire sur l’ataxie et le cervelet. Le slogan de sa fondation MINDlink est “Connecter le cervelet aux traitements”.

“Syndrome de Schmahmann” (également connu sous le nom de “Syndrome cognitif cognitif cérébelleux” ou CCAS) désigne les déficits dans les domaines cognitifs de la fonction exécutive, de la cognition spatiale, du langage et du comportement qui résultent des lésions du cervelet.

La dernière découverte sur les cellules de Purkinje, la progranuline et le darwinisme neuronal par Kano et al. est significatif, car les chercheurs ont identifié une molécule spécifique capable de renforcer ou de contrer les «gagnants» et les «perdants» des fibres grimpantes lors du processus d’élagage cérébelleux.

“Nos résultats fournissent un nouvel aperçu des rôles de la progranuline dans le développement du cerveau”, a déclaré Kano. “Nous continuerons à rechercher des molécules impliquées dans l’élimination des synapses dans le cervelet en développement et, à terme, nous souhaitons élucider des cascades de signalisation entières pour l’élimination des synapses.”

Les recherches futures de Masanobu Kano et de son équipe porteront sur la manipulation efficace de la molécule de progranuline. Bien que le cerveau et les cellules de Purkinje demeurent un mystère, les chercheurs du Kano Lab ont bon espoir qu’un jour les interventions qui influencent la signalisation de la progranuline pourraient aider à traiter un large éventail de troubles neurologiques et neuropsychiatriques.

Les références

Naofumi Uesaka, Manabu Abe, Kohtarou Konno, Maya Yamazaki, Kazuto Sakoori, Takaki Watanabe, Tzu-Huei Kao, Takayasu Mikuni, Masahiko Watanabe, Kenji Sakimura et Masanobu Kano. “La signalisation rétrograde de la progranuline à la tri1 contrecarre l’élimination de la synapse dans le cervelet en développement.” (Publié le 1er février 2018)

Jeremy D. Schmahmann et Janet C. Sherman. “Le syndrome affectif cognitif cérébelleux.” Cerveau: un journal de neurologie (1998) DOI: 10.1093 / brain / 121.4.561

Schmahmann, Jeremy D. “Dysmétrie de la pensée: conséquences cliniques de la dysfonction cérébelleuse sur la cognition et l’affection.” Tendances des sciences cognitives (1998) DOI: 10.1016 / S1364-6613 (98) 01218-2