Un cerveau n’est rien sinon communicatif. Les neurones sont les bavards de cet organe conversationnel et ils communiquent entre eux en échangeant des impulsions électriques à l’aide de messagers chimiques appelés neurotransmetteurs. En répétant ce processus des milliards de fois par seconde, le cerveau convertit des amas de produits chimiques en actions, souvenirs et pensées coordonnés.

Les chercheurs étudient le fonctionnement du cerveau en écoutant cette conversation chimique. Mais les neurones parlent si fort et si souvent que s’il existe d’autres voix plus calmes, il peut être difficile de les entendre.

Pendant la majeure partie du XXe siècle, les neuroscientifiques étaient largement d’accord sur le fait que les neurones étaient les seules cellules cérébrales à propager des signaux électriques. On pensait que toutes les autres cellules cérébrales, appelées gliales, remplissaient un rôle purement de soutien. Puis, en 20, un curieux phénomène est apparu : les chercheurs observée un astrocytes, un sous-type de cellule gliale, répondant au glutamate, le principal neurotransmetteur générant une activité électrique.

Au cours des décennies qui ont suivi, les équipes de recherche ont présenté des preuves contradictoires, certaines affirmant que les astrocytes émettent des signaux, tandis que d'autres rétorquent que ce n'est absolument pas le cas. Le désaccord s'est manifesté lors de conférences et dans Avis après Avis de la preuve. Les deux camps semblaient inconciliables.

Un nouveau document publié en Nature en septembre présente la meilleure preuve que les astrocytes peuvent signaler, rassemblée sur huit ans par une équipe co-dirigée par Andrea Volterra, professeur invité au Centre Wyss de bio et neuro-ingénierie à Genève, en Suisse. L’étude comprend deux éléments de preuve clés : des images de glutamate s’écoulant des astrocytes et des données génétiques suggérant que ces cellules, appelées astrocytes glutamatergiques, possèdent la machinerie cellulaire nécessaire pour utiliser le glutamate comme le font les neurones.

Le document aide également à expliquer les décennies de résultats contradictoires. Étant donné que seuls certains astrocytes peuvent effectuer cette signalisation, les deux côtés de la controverse ont, dans un sens, raison : les résultats d'un chercheur dépendent des astrocytes qu'il a échantillonnés.

"Cette étude est vraiment intéressante car elle explique pourquoi ces deux éléments de données étaient disponibles et contradictoires", a déclaré Christopher Dulla, professeur de neurosciences à l'Université Tufts qui étudie la signalisation astrocytaire et n'a pas été impliqué dans les nouveaux travaux. "J'ai tendance à l'acheter."

Cette découverte ouvre la possibilité que certains astrocytes constituent une partie essentielle des circuits cérébraux. "De plus en plus, nous arrivons à l'idée qu'il existe une participation de tous les types de cellules au fonctionnement du cerveau", a déclaré Volterra. "C'est beaucoup plus intégré qu'on ne le pensait auparavant."

Un Web communicatif

Le nom fourre-tout « glia » – du mot grec signifiant « colle » – désignant toutes les cellules du cerveau qui ne sont pas des neurones, comme les astrocytes, reflète l'opinion initiale des scientifiques selon laquelle leur objectif principal était de maintenir les neurones ensemble. Cependant, depuis la première description des astrocytes en 1865, les chercheurs ont découvert que ils peuvent faire bien plus. D’une part, ils possèdent des récepteurs de glutamate, qu’ils utilisent pour détecter et éliminer les excès de neurotransmetteurs dans les espaces autour des neurones.

Ce qui est moins clair, c'est s'ils peuvent utiliser le glutamate pour générer eux-mêmes un signal électrique. En 1994, les chercheurs astrocytes stimulés dans une assiette et j'ai vu les neurones voisins sembler répondre en se préparant à envoyer un signal. Et en 1997, Volterra et ses collègues observé l'inverse: Les astrocytes de rat ont répondu aux appels des neurones avec des ondes oscillantes de la molécule de signalisation calcium. De 2000 à 2012, les chercheurs ont publié plus de 100 articles rapportant des preuves en faveur de la capacité des astrocytes à communiquer via les synapses.

Mais d’autres se sont demandé comment ces preuves avaient été recueillies et interprétées. En 2014, par exemple, les chercheurs découvert qu'un modèle clé de souris était défectueux, soulevant des questions sur les études antérieures utilisant ces souris.

Pendant ce temps, la vision des astrocytes évoluait et les scientifiques commençaient à les considérer comme des participants actifs dans le traitement de l'information par le cerveau. Alors que les neurones et leurs dendrites ramifiées sont souvent représentés comme des arbres, les astrocytes ressemblent davantage à un champignon, formant un tapis étroitement tissé qui recouvre le cerveau et partage des informations entre ses éléments constitutifs. De cette manière, les astrocytes semblent former un réseau coordonné qui influence l’activité neuronale. Par exemple, en 2016, alors qu'elle menait des recherches en neurosciences à l'Université de Californie à San Francisco, Kira Poskanzer découvert que les astrocytes de souris peuvent inciter les neurones voisins à entrer dans un état de sommeil rythmé en régulant le glutamate.

"Cela ressemble moins à une cellule individuelle faisant ses propres choses qu'à une partie d'une équipe entière de cellules travaillant ensemble", a déclaré Poskanzer, maintenant chez la startup de biotechnologie Arcadia Science.

Cependant, il y a une différence entre éponger le glutamate et véritablement générer des signaux. Volterra pensait que certains astrocytes en étaient capables. Mais pour le prouver, il avait besoin de preuves que les astrocytes peuvent envoyer des signaux et de disposer des outils appropriés pour le faire de manière pertinente et significative.

Une nouvelle classe de cellules cérébrales

Volterra a profité d'une nouvelle approche pour étudier le cerveau : le séquençage de l'ARN unicellulaire, qui prend un instantané de la suite complète de gènes actifs dans les cellules individuelles d'un tissu. En parcourant huit bases de données de cellules hippocampiques de souris, il a identifié neuf groupes d'astrocytes, distingués par leur activité génétique. Les astrocytes d'un - et d'un seul - des groupes transcrivent des protéines connues pour être impliquées dans le stockage, la libération et le transport des neurotransmetteurs à l'aide de vésicules, comme c'est le cas dans les neurones. Les cellules n’étaient pas réparties uniformément dans la région du cerveau, ni même dans des circuits spécifiques.

Pour voir si les gens possèdent ces cellules, Volterra et son équipe ont recherché dans trois bases de données de cellules hippocampiques humaines les mêmes signatures protéiques qu'ils avaient vues dans les astrocytes de souris. Les signatures sont apparues dans les trois ensembles de données.

Ces données génétiques n’étaient cependant qu’une preuve indirecte. Volterra devait montrer la signalisation en action. Lui et son équipe ont simulé un signal neuronal envoyé aux astrocytes dans des tranches de cerveau de souris et ont pris des images des molécules libérées par les astrocytes. Certains astrocytes, mais pas tous, ont répondu avec du glutamate. Et lorsque les chercheurs ont empêché les astrocytes d’utiliser des vésicules, les cellules ne pouvaient plus libérer de glutamate.

Pour Volterra, les preuves étaient claires. « Nous avions raison. Il existe des astrocytes qui libèrent du glutamate », a-t-il déclaré. "Mais nous avions également tort, car nous pensions que tous les astrocytes libéraient du glutamate."

Ces résultats bouleversent presque certainement la compréhension actuelle de la manière dont le cerveau communique, a déclaré Dmitri Rusakov, professeur de neurosciences à l'University College de Londres, qui n'a pas participé aux travaux. Mais en quoi est-ce une question ouverte.

Savoir que les astrocytes peuvent émettre des signaux n’est que la première étape. Ce fait ne répond pas à la manière dont les synapses réagissent au glutamate astrocytaire. Il ne précise pas quelles fonctions nécessitent une signalisation par les astrocytes à la place ou en plus des neurones. Cela n’explique pas pourquoi certaines zones du cerveau ont plus d’astrocytes glutamatergiques que d’autres, ni pourquoi un sous-ensemble utilise cette fonction alors que les autres ne le font pas.

Au lieu de cela, comme toutes les nouvelles découvertes, elle pose de nouvelles questions auxquelles la science doit répondre.

"Nous disposons d'un ensemble important de preuves", a déclaré Rusakov. "Maintenant, vous avez besoin d'une théorie pour tout mettre en place."

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