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La cartographie cérébrale révèle des différences neuronales

Malgré des progrès significatifs en neurosciences, nous sommes loin de savoir à quoi ressemble et à quoi ressemble chaque neurone du cerveau humain. De nouvelles recherches nous rapprochent toutefois de telles connaissances encyclopédiques.
Une nouvelle recherche utilise une technique de cartographie cérébrale innovante pour étudier la myriade de différences individuelles entre les cellules du cerveau.

Grâce à des méthodes moléculaires, des chercheurs de l’Institut Salk d’études biologiques de La Jolla, en collaboration avec l’Université de Californie à San Diego, ont pu cartographier les différences individuelles des neurones à un niveau de détail sans précédent.

Les résultats ont des implications cliniques importantes pour les troubles neuropsychiatriques tels que l'autisme et la schizophrénie.

L'équipe était dirigée conjointement par Joseph Ecker, directeur du Laboratoire d'analyse génomique de Salk, Margarita Behrens, scientifique principale au Salk Institute, et Eran Mukamel, du Département des sciences cognitives de l'Université de San Diego. Leurs conclusions ont été publiées dans la revue Science.

Les premiers auteurs de l'étude sont Chongyuan Luo, chercheur associé au Salk Institute, et Christopher Keown, étudiant en sciences cognitives à l'UC San Diego.

Cartographie de milliards de neurones

Luo et ses collègues ont examiné les neurones d'un cerveau de souris et d'un cerveau humain. Les efforts antérieurs d'identification de cellules uniques ont été centrés sur une analyse d'ARNm, mais, expliquent les chercheurs, l'ARN peut changer sous l'influence de l'environnement.

Les méthylomes d'ADN, d'un autre côté, ont tendance à être stables tout au long de l'âge adulte. Les chercheurs ont donc décidé de les utiliser pour identifier les neurones.

Les méthylomes d'ADN sont le résultat du processus de méthylation de l'ADN, c'est-à-dire l'addition de groupes méthyle aux bases d'une molécule d'ADN, ce qui entraîne des modifications épigénétiques.

Pendant les changements épigénétiques, l'expression du gène est altérée - ce qui signifie qu'il peut être "activé" ou "désactivé" - mais la séquence génétique ou son code ne change pas.

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Les chercheurs ont utilisé un protocole de séquençage du méthylome à cellule unique qu'ils ont développé pour l'étude et l'ont appliqué aux cellules cérébrales du cortex frontal d'une jeune souris adulte et d'un jeune humain adulte.

Ils ont appliqué le protocole de séquençage à un total de 3 377 neurones murins (générant des méthylomes et couvrant 4,7% du génome de souris) et 2 784 neurones humains (couvrant 5,7% du génome humain).

Les cellules cérébrales ont deux types de méthylation, par opposition à d'autres types de cellules qui n'en ont qu'une, et les chercheurs ont cartographié les deux types.

Comment les gènes sont régulés dans les types de neurones

Au total, les scientifiques ont répertorié les modifications épigénétiques dans plus de 6 000 cellules cérébrales, soit l'équivalent de mille milliards de bases d'ADN.

Sur la base des profils de méthylation, les chercheurs ont pu regrouper les neurones de souris en 16 sous-types et les neurones humains en 21 sous-types. Les scientifiques ont également défini de nouveaux sous-types de neurones humains.

De manière significative, les chercheurs ont constaté que les schémas de méthylation des neurones inhibiteurs étaient plus similaires entre les souris et les humains que ceux des cellules cérébrales excitatrices. Cela suggère que les neurones inhibiteurs sont particulièrement importants, et qu'il pourrait y avoir eu une raison évolutive pour conserver à peu près les mêmes modèles pour ces neurones.

Les auteurs ont parlé à Nouvelles médicales aujourd'hui sur la signification de leurs résultats, en disant: "Notre étude, pour la première fois, a examiné la diversité neuronale des humains et des souris en utilisant une plate-forme technique uniforme."

"Nous sommes enthousiasmés par l’observation selon laquelle le cerveau humain présente une plus grande diversité de types de neurones que le cerveau de souris, ce qui est cohérent avec des fonctions corticales plus élaborées chez l’homme", ont-ils ajouté.

Les chercheurs ont également parlé à MNT sur les implications cliniques de leurs résultats.

"Pour de nombreuses maladies psychiatriques telles que l'autisme ou la schizophrénie, les types cellulaires exacts responsables de la maladie restent insaisissables. La plupart des études précédentes n'étaient pas capables de séparer les types de cellules [...] La méthode que nous avons développée étend la résolution au niveau de cellule unique nous permettant potentiellement d'identifier les types de cellules jouant un rôle causal dans les maladies neurologiques. "

"Notre étude permet l'identification de régions régulatrices de gènes spécifiques aux sous-types de neurones, et aidera donc à interpréter les variantes génétiques associées aux troubles neurologiques", a ajouté l'équipe.

La force principale de la nouvelle recherche est, selon les auteurs, "l’avantage unique de révéler comment les gènes sont régulés dans chaque type de neurone", ce qui est rendu possible en caractérisant les épigénomes des neurones individuels.

Les chercheurs ont également partagé avec nous leurs projets de recherches futures en disant: «Bien que nous n’ayons analysé qu’une seule zone cérébrale dans la présente étude (cortex frontal), nous sommes ravis de commencer à appliquer cette méthode au cerveau ] tout le cerveau humain, à la fois normal et malade. "

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