Résumé: Les axolotls ont la capacité de régénérer des zones du cerveau après une blessure. Les chercheurs ont cartographié les types de cellules et les gènes associés à la neurodégénérescence dans le cerveau de l’axolotl et ont découvert certaines similitudes dans le cerveau humain. Les résultats pourraient ouvrir la voie à de nouvelles thérapies neurodégénératives.
Police de caractère: La conversation
l’axolotl (ambystome mexicainécoutez)) est une salamandre aquatique connue pour sa capacité à régénérer sa moelle épinière, son cœur et ses membres. Ces amphibiens créent également facilement de nouveaux neurones tout au long de leur vie. En 1964, des chercheurs ont noté que les axolotls adultes pouvaient faire repousser des parties de leur cerveau, même si une grande partie était entièrement supprimée. Mais une étude a révélé que les cerveaux d’axolotl en régénération ont une capacité limitée à reconstruire la structure tissulaire d’origine.
Alors, dans quelle mesure les axolotls peuvent-ils parfaitement régénérer leur cerveau après une blessure ?
En tant que chercheur étudiant la régénération au niveau cellulaire, mes collègues et moi du laboratoire Treutlein de l’ETH Zurich et du laboratoire Tanaka de l’Institut de pathologie moléculaire de Vienne nous sommes demandé si les axolotls pouvaient régénérer tous les différents types de cellules dans leur cerveau, y compris les connexions qui relient une région du cerveau à une autre.
Dans notre étude récemment publiée, nous avons créé un atlas des cellules qui composent le cerveau de l’axolotl, mettant en lumière la façon dont il se régénère et l’évolution du cerveau à travers les espèces.
Pourquoi regarder les cellules ?
Différents types de cellules ont des fonctions différentes. Ils peuvent se spécialiser dans certains rôles car chacun exprime des gènes différents. Comprendre quels types de cellules se trouvent dans le cerveau et ce qu’elles font aide à clarifier la vue d’ensemble du fonctionnement du cerveau. Cela permet également aux chercheurs de faire des comparaisons tout au long de l’évolution et d’essayer de trouver des tendances biologiques entre les espèces.
Une façon de comprendre quelles cellules expriment quels gènes consiste à utiliser une technique appelée séquençage d’ARN unicellulaire (scRNA-seq). Cet outil permet aux chercheurs de compter le nombre de gènes actifs dans chaque cellule d’un échantillon particulier. Cela fournit un “instantané” des activités que chaque cellule faisait lorsqu’elle a été collectée.
Cet outil a été essentiel pour comprendre les types de cellules qui existent dans le cerveau des animaux. Les scientifiques ont utilisé le scRNA-seq chez les poissons, les reptiles, les souris et même les humains. Mais il manque une pièce importante du puzzle de l’évolution du cerveau : les amphibiens.
Cartographie du cerveau axolotl
Notre équipe a décidé de se concentrer sur le télencéphale de l’axolotl. Chez l’homme, le télencéphale est la plus grande division du cerveau et contient une région appelée le néocortex, qui joue un rôle clé dans le comportement et la cognition des animaux.
Au cours de l’évolution récente, le néocortex a énormément augmenté en taille par rapport aux autres régions du cerveau. De même, les types de cellules qui composent le télencéphale en général se sont fortement diversifiés et ont gagné en complexité au fil du temps, faisant de cette région un domaine intéressant à étudier.
Nous avons utilisé scRNA-seq pour identifier les différents types de cellules qui composent le cerveau de l’axolotl, y compris différents types de neurones et de cellules progénitrices, ou des cellules qui peuvent se diviser en plusieurs ou devenir d’autres types de cellules.
Nous avons identifié quels gènes sont actifs lorsque les cellules progénitrices se transforment en neurones et avons constaté que beaucoup traversent un type de cellule intermédiaire appelée neuroblastes, auparavant absente chez les axolotls, avant de devenir des neurones matures.
Ensuite, nous avons testé la régénération de l’axolotl en enlevant une partie de son télencéphale. En utilisant une méthode spécialisée de scRNA-seq, nous avons pu capturer et séquencer toutes les nouvelles cellules à différents stades de régénération, d’une à 12 semaines après la blessure. En fin de compte, nous avons constaté que tous les types de cellules supprimés avaient été entièrement restaurés.
Nous observons que la régénération du cerveau se déroule en trois phases principales. La première phase commence par une augmentation rapide du nombre de cellules progénitrices, et une petite fraction de ces cellules active un processus de cicatrisation. Dans la deuxième phase, les cellules progénitrices commencent à se différencier en neuroblastes. Enfin, dans la phase trois, les neuroblastes se différencient en les mêmes types de neurones qui ont été initialement perdus.
Étonnamment, nous avons également constaté que les connexions neuronales coupées entre la zone excisée et d’autres zones du cerveau s’étaient reconnectées. Ce recâblage indique que la zone régénérée avait également retrouvé sa fonction d’origine.
Voir également
amphibiens et cerveaux humains
L’ajout d’amphibiens au puzzle évolutif permet aux chercheurs de déduire comment le cerveau et ses types de cellules ont changé au fil du temps, ainsi que les mécanismes de régénération.
Lorsque nous comparons nos données d’axolotl avec d’autres espèces, nous constatons que les cellules de son télencéphale présentent une forte similitude avec l’hippocampe de mammifère, la région cérébrale impliquée dans la formation de la mémoire, et le cortex olfactif, la région cérébrale impliquée dans le sens de la mémoire. sentir. Nous avons même trouvé des similitudes dans un type de cellule axolotl avec le néocortex, la zone du cerveau connue pour la perception, la pensée et le raisonnement spatial chez l’homme.
Ces similitudes indiquent que ces zones cérébrales peuvent être conservées au cours de l’évolution ou rester comparables tout au long de l’évolution, et que le néocortex des mammifères peut avoir un type de cellule ancestrale dans le télencéphale des amphibiens.
Alors que notre étude met en lumière le processus de régénération du cerveau, y compris les gènes impliqués et la façon dont les cellules se transforment finalement en neurones, nous ne savons toujours pas quels signaux externes déclenchent ce processus. De plus, nous ne savons pas si les processus que nous avons identifiés sont encore accessibles aux animaux qui ont évolué plus tard, comme les souris ou les humains.
Mais nous ne résolvons pas seuls le casse-tête de l’évolution du cerveau. Le laboratoire Tosches de l’Université de Columbia a exploré la diversité des types de cellules chez une autre espèce de salamandre, valse des pleurodèlestandis que le laboratoire Fei de l’Académie des sciences médicales du Guangdong en Chine et des collaborateurs de la société des sciences de la vie BGI ont exploré comment les types de cellules sont disposés dans l’espace dans le cerveau antérieur de l’axolotl.
L’identification de tous les types de cellules dans le cerveau de l’axolotl contribue également à ouvrir la voie à des recherches révolutionnaires en médecine régénérative. Les cerveaux des souris et des humains ont en grande partie perdu leur capacité à se réparer ou à se régénérer. Les interventions médicales pour les lésions cérébrales graves se concentrent actuellement sur les médicaments et les thérapies par cellules souches pour stimuler ou favoriser la réparation.
L’examen des gènes et des types de cellules qui permettent aux axolotls d’obtenir une régénération presque parfaite peut être la clé pour améliorer les traitements des blessures graves et libérer le potentiel de régénération chez l’homme.
À propos de cette actualité de la recherche en neurorégénération et neurosciences évolutives
Auteur: Ashley Maynard
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Contact: Ashley Maynard – La conversation
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