Les cerveaux en développement produisent constamment de nouvelles connexions neuronales appelées synapses à mesure qu’ils apprennent et se souviennent. Les connexions importantes – celles qui sont introduites à plusieurs reprises, comme la manière d’éviter le danger – sont entretenues et renforcées, tandis que les connexions jugées inutiles sont élaguées. Les cerveaux adultes subissent une taille similaire, mais on ne sait pas comment ni pourquoi les synapses du cerveau adulte sont éliminées.
Aujourd’hui, une équipe de chercheurs basée en Corée a découvert le mécanisme sous-jacent à la plasticité et, potentiellement, aux troubles neurologiques dans le cerveau adulte. Ils ont publié leurs résultats le 23 décembre dans Nature.
«Nos découvertes ont des implications profondes pour notre compréhension de la façon dont les circuits neuronaux changent pendant l’apprentissage et la mémoire, ainsi que dans les maladies», a déclaré l’auteur Won-Suk Chung, professeur adjoint au Département des sciences biologiques du KAIST. « Les changements dans le nombre de synapse sont fortement associés à la prévalence de divers troubles neurologiques, tels que le trouble du spectre autistique, la schizophrénie, la démence frontotemporale et plusieurs formes de crises. »
La matière grise du cerveau contient de la microglie et des astrocytes, deux cellules complémentaires qui, entre autres, soutiennent les neurones et les synapses. Les microgliales sont une défense immunitaire de première ligne, responsable de la consommation d’agents pathogènes et de cellules mortes, et les astrocytes sont des cellules en forme d’étoile qui aident à structurer le cerveau et à maintenir l’homéostasie en aidant à contrôler la signalisation entre les neurones. Selon le professeur Chung, on pense généralement que les microglies mangent des synapses dans le cadre de son effort de nettoyage dans un processus connu sous le nom de phagocytose.
« En utilisant de nouveaux outils, nous montrons que, pour la première fois, ce sont les astrocytes et non la microglie qui éliminent constamment les connexions synaptiques excitatrices adultes excessives et inutiles en réponse à l’activité neuronale », a déclaré le professeur Chung. « Notre article conteste le consensus général dans ce domaine selon lequel la microglie est le principal phagocyte synapse qui contrôle le nombre de synapse dans le cerveau. »
Le professeur Chung et son équipe ont développé un capteur moléculaire pour détecter l’élimination des synapses par les cellules gliales et quantifié à quelle fréquence et par quel type de synapses cellulaires étaient éliminées. Ils l’ont également déployé dans un modèle de souris sans MEGF10, le gène qui permet aux astrocytes d’éliminer les synapses. Les animaux adultes atteints de cette phagocytose astrocytaire défectueuse avaient un nombre inhabituellement accru de synapse excitatrice dans l’hippocampe. Grâce à une collaboration avec le Dr Hyungju Park du KBRI, ils ont montré que ces synapses excitatrices accrues sont fonctionnellement altérées, ce qui provoque un apprentissage et une formation de mémoire défectueux chez les animaux supprimés par MEGF10.
« Grâce à ce processus, nous montrons que, au moins dans la région CA1 de l’hippocampe adulte, les astrocytes sont le principal acteur dans l’élimination des synapses, et cette fonction astrocytaire est essentielle pour contrôler le nombre et la plasticité des synapses », a déclaré Chung.
Le professeur Chung a noté que les chercheurs commencent seulement à comprendre comment l’élimination des synapses affecte la maturation et l’homéostasie dans le cerveau. Dans les données préliminaires de son groupe dans d’autres régions du cerveau, il apparaît que chaque région a des taux différents d’élimination synaptique par les astrocytes. Ils soupçonnent que divers facteurs internes et externes influencent la façon dont les astrocytes modulent chaque circuit régional et prévoient d’élucider ces variables.
«Notre objectif à long terme est de comprendre comment le renouvellement des synapses médié par les astrocytes affecte l’initiation et la progression de divers troubles neurologiques», a déclaré le professeur Chung. « Il est intéressant de postuler que la modulation de la phagocytose astrocytaire pour restaurer la connectivité synaptique peut être une nouvelle stratégie dans le traitement de divers troubles cérébraux. »