Les neurones communiquent entre eux au niveau de jonctions appelées synapses. Lorsque les ions calcium se déplacent vers des « zones actives », peuplées de vésicules contenant des messages chimiques, ils commencent à « communiquer ». Les vésicules « fusionnent » avec les membranes externes des neurones présynaptiques en raison du calcium chargé électriquement, libérant leur cargaison chimique de communication vers la cellule post-synaptique.
Une nouvelle étude du Picower Institute for Learning and Memory à MIT révèle comment les neurones mettent en place et maintiennent cette infrastructure vitale.
Les canaux calciques sont un élément crucial du moteur du côté présynaptique qui transforme les signaux électriques en transmission synaptique chimique, car ils sont le principal déterminant de l'afflux de calcium, qui provoque ensuite la fusion des vésicules. Cependant, la manière dont ils s’accumulent dans les zones actives n’est pas claire.
Cette nouvelle étude offre des indices sur la façon dont les zones actives s’accumulent et régulent l’abondance des canaux calciques.
Troy Littleton, auteur principal de la nouvelle étude et professeur Menicon de neurosciences dans les départements de biologie et de sciences du cerveau et des sciences cognitives du MIT, a déclaré : « On sait que la modulation de la fonction des canaux calciques présynaptiques a des effets cliniques significatifs. Il est important de comprendre les bases de la manière dont ces chaînes sont réglementées.
Les canaux calciques sont-ils essentiels au développement des zones actives ?
Les scientifiques voulaient déterminer la réponse à cette question chez les larves. Il convient de noter que le gène du canal calcique des mouches (appelé « cacophonie » ou Cac) est si important qu’ils ne peuvent pas vivre sans lui.
Au lieu d’éliminer Cac sur toute la mouche, les scientifiques ont utilisé une technique pour éliminer Cac dans une seule population de mouches. neurones. Ils ont ainsi démontré que des zones actives se développent régulièrement même sans Cac.
Ils ont également utilisé une autre technique qui prolonge artificiellement le stade larvaire de la mouche. Ils ont découvert qu'avec du temps supplémentaire, la zone active continuera à développer sa structure avec une protéine appelée BRP, mais l'accumulation de Cac cessera après les six jours normaux.
Il a également été constaté que des augmentations ou des diminutions modérées de l’apport de Cac disponible dans le neurone n’affectaient pas la quantité de Cac qui se retrouvait dans chaque zone active. À leur grande surprise, ils ont constaté que même si le nombre de Cac évoluait en fonction de la taille de chaque zone active, il ne changeait pratiquement pas s'ils réduisaient de manière significative le BRP dans la zone active. En fait, le neurone semble établir un plafond constant sur la quantité de Cac présente pour chaque zone active.
Karen Cunningham, postdoctorante au MIT, a déclaré : "Il était révélateur que le neurone avait des règles très différentes pour les protéines structurelles de la zone active comme le BRP qui continuaient à s'accumuler au fil du temps, par rapport au canal calcique qui était étroitement régulé et dont l'abondance était plafonnée."
Outre l’offre de Cac ou les modifications du BRP, d’autres facteurs doivent également réguler si étroitement les niveaux de Cac. Ils se sont tournés vers alpha2delta.
En manipulant génétiquement l'expression de sa quantité, les scientifiques ont découvert que les niveaux alpha2delta déterminaient directement la quantité de Cac accumulée dans les zones actives. D’autres expériences ont également révélé que l’offre globale de Cac du neurone surveille la capacité de l’alpha2delta à maintenir les niveaux de Cac.
Cela suggère qu’au lieu de contrôler la quantité de Cac dans les zones actives en la stabilisant, alpha2delta a probablement fonctionné en amont, pendant le trafic de Cac, pour fournir et réapprovisionner en Cac les zones actives.
Grâce à deux techniques différentes, ils ont observé ce réapprovisionnement. Ils ont également généré des mesures de celui-ci et de son timing.
Cunningham a choisi un moment après quelques jours de développement pour imager les zones actives et mesurer l'abondance de Cac pour déterminer le paysage. Puis elle a blanchi cette fluorescence Cac pour l'effacer. Après 24 heures, elle a visualisé à nouveau la fluorescence du Cac pour mettre en évidence uniquement le nouveau Cac délivré aux zones actives au cours de ces 24 heures.
Elle a observé que le Cac avait été distribué dans presque toutes les zones actives ce jour-là. Pourtant, cette journée de travail était, en fait, insignifiante par rapport à l’accumulation des jours précédents. Elle a également constaté que les zones actives plus grandes accumulaient plus de Cac que les plus petites. De plus, il n'y a eu pratiquement aucune nouvelle livraison de Cac dans les modèles de mouche alpha2delta modifiés.
La tâche suivante consistait à déterminer à quelle vitesse les canaux Cac étaient supprimés des zones actives. Pour ce faire, les scientifiques ont utilisé une technique de coloration avec une protéine photoconvertible appelée Maple marquée à la protéine Cac. Cela leur a permis de changer la couleur avec un flash de lumière à l'heure choisie.
Cela montre la quantité de Cac accumulée à un moment donné (indiqué en vert), puis fait clignoter la lumière pour faire passer ce Cac au rouge. Après cinq jours, près de 30 pour cent du Cac rouge avait été remplacé par du nouveau Cac vert. Ce renouvellement de Cac s'est arrêté lorsque les niveaux de délivrance de Cac ont été réduits par mutation d'alpha2 delta ou par réduction de la biosynthèse de Cac.
Cunningham a dit : "Cela signifie qu'une quantité importante de Cac est remise chaque jour dans les zones actives et que cette rotation est provoquée par de nouvelles livraisons de Cac."
Littleton a affirmé Valérie Plante., "Maintenant que les règles d'abondance et de reconstitution des canaux calciques sont claires, je veux savoir en quoi elles diffèrent lorsque les neurones subissent une plasticité - par exemple lorsque de nouvelles informations entrantes nécessitent que les neurones ajustent leur communication pour augmenter ou diminuer la communication synaptique."
"Je suis également impatient de suivre les canaux calciques individuels au fur et à mesure qu'ils sont produits dans le corps cellulaire, puis de descendre de l'axone neural jusqu'aux zones actives, et il souhaite déterminer quels autres gènes peuvent affecter l'abondance de Cac."
Journal de référence:
- Karen L Cunningham, Chad W Sauvola, Sara Tavana, J Troy Littleton. Régulation de l'abondance des canaux Ca2+ présynaptiques au niveau des zones actives grâce à un équilibre entre l'administration et le renouvellement. Neuroscience. EST CE QUE JE: 10.7554 / eLife.78648
