Une structure cellulaire auparavant considérée comme pathologique améliore la fonction cérébrale

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Publié: 21juil2021
Image par Kim Gruver, Watt Lab..

Des chercheurs de l’Université McGill ont montré qu’une structure neuronale que l’on croyait pathologique était plutôt bénéfique, puisque sa présence augmentait la capacité des cellules de transmettre de l’information et était liée à une amélioration de l’apprentissage de certaines tâches.

L’équipe a étudié l’œdème axonal des cellules de Purkinje, dans le cervelet. Contre toute attente, les chercheurs ont constaté que les axones œdémateux transmettaient les signaux électriques plus efficacement que leurs congénères sains. Les résultats de cette étude ont été publiés dans Nature Communications.

« C’est le genre de situation où on se gratte la tête en se disant “On reprend ça depuis le début, d’accord?”, souligne Alanna Watt, professeure agrégée au Département de biologie de l’Université McGill et auteure en chef de l’article. « Nous nous sommes lancés dans ce projet pour caractériser et mesurer la défaillance de l’axone, mais ce n’est pas du tout ce que nous avons observé. »

Des données expérimentales déroutantes

L’œdème axonal – l’axone est la longue fibre fine qui transmet aux cellules l’information en provenance du neurone – est un phénomène observé tant au cours du développement normal que dans les processus pathologiques. Les axones œdémateux étant plus nombreux dans divers troubles neurodégénératifs, les scientifiques ont conclu que l’œdème nuisait au fonctionnement de l’axone. Étayée jusqu’à un certain point par les modèles informatiques, cette théorie n’avait encore jamais été testée par une évaluation en bonne et due forme des cellules nerveuses elles-mêmes. L’équipe de McGill a remédié à la situation.

En associant, dans une véritable prouesse technique, la microscopie à deux photons et l’électrophysiologie pour mesurer l’activité électrique simultanément en différents points de la cellule, les chercheurs ont démontré que la présence d’axones œdémateux dans les cellules de Purkinje de la souris n’avait pas d’effet nuisible sur le rythme auquel ces cellules émettaient des signaux (la cadence de tir) ni sur la vitesse de transmission de ces signaux par les axones. Fait pour le moins étonnant, l’expérience a également montré qu’à la cadence de tir maximale, les axones œdémateux étaient moins susceptibles de flancher que les autres.

Mais quel rôle joue l’œdème axonal dans les maladies neurodégénératives?

Puis, coup de théâtre : les chercheurs de McGill se sont rendu compte qu’ils pouvaient stimuler l’apparition d’œdème axonal grâce à un agent pharmaceutique bloquant la transmission des signaux électriques dans les cellules nerveuses, en particulier dans les axones. La formation, en quelques heures à peine, d’axones œdémateux après l’exposition à cet agent vient remettre en question les hypothèses sur le rôle de l’œdème axonal dans les maladies neurodégénératives. Comme l’explique Alanna Watt, cette découverte soulève la possibilité que cet œdème soit non pas une détérioration causée par la maladie, mais plutôt un mécanisme d’autoréparation.

« La transmission de l’information sous forme de signaux électriques constitue la fonction la plus importante de l’axone, dit-elle. Si l’axone montre des signes de défaillance, il est logique qu’un mécanisme de prévention se mette en branle. »

Les effets favorables confirmés par une analyse comportementale

En plus de se livrer à cette étude au niveau cellulaire, les chercheurs se sont intéressés aux répercussions de l’œdème axonal sur la fonction cérébrale globale. L’équipe a eu recours à trois instruments pour évaluer l’apprentissage moteur et la coordination de la motricité, deux des principales fonctions du cervelet. Étayés par un modèle rendant compte des variations interindividuelles normales de la capacité d’apprentissage, les résultats ont mis en lumière une corrélation positive entre l’abondance d’axones œdémateux dans les cellules de Purkinje cérébelleuses et les aptitudes d’apprentissage moteur.

« Selon nous, le lien est probablement indirect, fait observer la chercheuse. L’apprentissage se produit sans doute ailleurs, mais comme la transmission de l’information est plus fiable, nous voyons une amélioration. »

L'étude

L’article « Purkinje cell axonal swellings enhance action potential fidelity and cerebellar function », par Daneck Lang-Ouellette et coll., a été publié dans Nature Communications.

DOI : https://doi.org/10.1038/s41467-021-24390-4

L’étude a été financée par le Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie du Canada (CRSNG), le Programme intégré en neurosciences de l’Université McGill, le Fonds de recherche du Québec – Nature et technologies (FRQNT), le Conseil européen de la recherche, les Instituts de recherche en santé du Canada (IRSC) et la Fondation canadienne pour l’innovation (FCI).


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