21 janvier 2021
Un peu de lumière sur les cellules souches du cerveau adulte
Une équipe du Centre CERVO démontre le rôle de la lumière et des ions calciques dans l'activation des cellules souches neurales à l'âge adulte
Cette image montre des cellules souches neurales de souris adultes. Leur présence est détectée grâce à l'expression simultanée de deux gènes qui produisent des protéines fluorescentes de couleur rouge et de couleur vert.
— Archana Gengatharan et Sarah Malvaux
On a longtemps cru que les neurones du cerveau humain se développaient uniquement pendant la période allant de l'embryogenèse à l'adolescence. On sait maintenant que, dans certaines zones du cerveau, il subsiste des cellules souches neurales qui donnent naissance à des neurones même chez l'adulte. «Ces cellules souches peuvent demeurer quiescentes pendant de longues périodes et on connaît encore très mal les mécanismes qui les font passer de l'état quiescent à l'état activé», souligne Armen Saghatelyan, de la Faculté de médecine et du Centre de recherche CERVO.
Dans un article publié aujourd'hui par la revue Cell, le chercheur et ses collaborateurs lèvent une partie du voile qui entoure cette question. Les résultats qu'ils y présentent laissent croire qu'il sera un jour possible d'exercer un certain contrôle sur l'activité de ces cellules souches, que ce soit pour compenser les pertes de neurones causées par des lésions cérébrales ou des maladies neurodégénératives ou pour inhiber la multiplication débridée de neurones qui conduit à des cancers du cerveau. «Pour le moment, l'intérêt de nos travaux est de nature fondamentale, insiste le professeur Saghatelyan. Nous sommes encore bien loin des applications cliniques.»
Des cellules souches suivies en direct
Pour mieux comprendre les mécanismes associés à l'activation des cellules souches neurales, les chercheurs ont d'abord introduit, dans le cerveau de souriceaux, les gènes de deux protéines fluorescentes, l'une rouge et l'autre verte. À l'âge adulte, la présence simultanée de ces deux protéines sur une image du cerveau indique la présence de cellules souches neurales.
Pour obtenir des images de ces cellules souches, les chercheurs ont placé un endoscope miniature dans l'une des régions du cerveau où se trouvent des cellules de ce type qui demeurent actives à l'âge adulte. Les images des cellules souches individuelles ainsi captées étaient transmises à un ordinateur par un fil, mais les souris restaient libres de se mouvoir, de manger ou de boire.
«Il y a très peu de cellules souches neurales dans le cadre de chaque image et il faut de la patience et de la persévérance pour assister à l'activation spontanée de l'une d'elles. Chez certaines souris, il a fallu à peine deux heures, alors que chez plusieurs autres, même après deux mois d'observation, nous n'avons rien détecté», souligne le professeur Saghatelyan.
Les ions Ca2+ au cœur du mécanisme
Leurs observations des chercheurs ont mené à deux constats. Le premier, dans 70% des cas, la division des cellules souches neurales se produit pendant la journée. Ce fait les a conduits à soupçonner que la mélatonine, une hormone dont la sécrétion est associée au cycle circadien, pouvait être en cause. Pour tester cette hypothèse, les chercheurs ont placé les souris dans l'obscurité. Résultat? La signalisation de la mélatonine a été activée et une réduction de l'activation des cellules souches neurales a suivi.
Des tests supplémentaires faisant intervenir des méthodes optogénétiques ont conduit au deuxième constat principal de l'étude: l'activation ou l'inhibition des cellules souches neurales fait intervenir des ions calciques (Ca2+). «Ces ions agissent comme intégrateurs et décodeurs des signaux de l'environnement dans lequel se trouvent les cellules souches du cerveau», résume le chercheur.
Ces percées ouvrent la porte à un éventuel contrôle de l'activité des cellules souches neurales dans le cerveau humain par la modulation de la dynamique des ions Ca2+. «Il reste beaucoup de travail avant d'en arriver là, mais nos travaux constituent un pas dans cette direction», conclut le professeur Saghatelyan.
Les autres signataires de l'étude parue dans Cell sont Archana Gengatharan, Sarah Malvaut, Alina Marymonchyk, Majid Ghareghani et Marina Snapyan, de l'Université Laval, et Judith Fischer-Sternjak, Jovica Ninkovic et Magdelena Götz, de l'Institute of Stem Cell Research du Helmholtz Center de Munich.
