Un mécanisme identifié modifie le couplage des cellules nerveuses

Près de 100 milliards de cellules nerveuses effectuent leur service dans le cerveau humain. Chacun d’eux a en moyenne 1 000 contacts avec d’autres neurones. Au niveau de ces soi-disant synapses, les informations sont transmises entre les cellules nerveuses.

Cependant, les synapses sont bien plus qu’un simple câblage. Cela se voit déjà dans leur structure : elles consistent en une sorte de dispositif émetteur, la présynapse, et une structure réceptrice, la postsynapse. Entre eux se trouve la fente synaptique. C’est en fait très étroit. Néanmoins, il empêche la transmission aisée des impulsions électriques. Au lieu de cela, les neurones se crient en quelque sorte leurs informations à travers l’espace.

À cette fin, la présynapse est déclenchée par des impulsions de tension entrantes pour libérer certains neurotransmetteurs. Ceux-ci traversent la fente synaptique et s’amarrent à des “antennes” spécifiques du côté postsynaptique. Cela les amène à déclencher également des impulsions électriques dans la cellule réceptrice. “Cependant, la quantité de neurotransmetteur libérée par la présynapse et la mesure dans laquelle la postsynapse y répond sont strictement régulées dans le cerveau”, explique le professeur Dr Susanne Schoch McGovern du département de neuropathologie de l’hôpital universitaire de Bonn.

Mécanismes de contrôle sophistiqués

Par exemple, certaines synapses sont renforcées lors de l’apprentissage : même un faible stimulus électrique du neurone émetteur est alors suffisant pour déclencher une réponse forte dans la cellule réceptrice. En revanche, les synapses peu utilisées s’atrophient. De plus, des mécanismes de contrôle sophistiqués empêchent l’activité électrique dans le cerveau de se propager trop loin ou, au contraire, de s’estomper trop rapidement. “On parle aussi d’homéostasie synaptique”, explique le Pr Dr Dirk Dietrich du service de neurochirurgie de l’hôpital universitaire. “Il garantit que l’activité cérébrale se situe toujours dans une plage saine.”

Cependant, les processus qui maintiennent cet équilibre ne sont que partiellement compris. Un mécanisme par lequel le cerveau réagit aux changements durables de l’activité neuronale est connu sous le nom de plasticité homéostatique. “Nous avons maintenant montré qu’une protéine appelée RIM1 joue un rôle clé dans ce processus”, déclare Schoch McGovern. RIM1 est regroupé dans la soi-disant “zone active” de la présynapse – la zone où les neurotransmetteurs sont libérés.

Comme toute protéine, RIM1 se compose d’un grand nombre d’acides aminés contigus. Les chercheurs viennent de montrer que certains de ces acides aminés sont liés par une enzyme à un composé chimique, un groupement phosphate. Selon l’acide aminé ainsi modifié, la présynapse peut ensuite libérer plus ou moins de neurotransmetteur. Les groupes phosphate forment la “mémoire” des synapses, pour ainsi dire, avec laquelle ils se souviennent du niveau d’activité actuel. “Dans la présynapse, les vésicules remplies d’émetteurs sont prêtes à être tirées comme les flèches d’un arc tendu”, explique Dietrich. “Dès qu’une impulsion de tension arrive, elles sont libérées à la vitesse de l’éclair. La phosphorylation modifie le nombre de ces vésicules.”

Appels Synapse avec une voix plus forte

Si la présynapse peut « tirer » plus de vésicules en conséquence, son appel à travers la fente synaptique devient plus fort, au sens figuré. Si, en revanche, le nombre de vésicules diminue fortement en raison de changements dans l’état de phosphorylation de RIM1, l’appel est à peine audible. “L’effet qui se produit dépend de l’acide aminé phosphorylé”, explique le Dr Johannes Alexander Müller du groupe de recherche de Schoch McGovern. Il partage la paternité principale de l’étude avec sa collègue, le Dr Julia Betzin.

Cela signifie que le cerveau peut probablement ajuster très précisément l’activité des synapses individuelles via RIM1. Un autre rôle clé est joué par l’enzyme SRPK2 : elle fixe les groupements phosphate aux acides aminés de RIM1. Cependant, il existe également d’autres acteurs, tels que des enzymes qui éliminent à nouveau les groupes phosphate si nécessaire. “Nous supposons qu’il existe tout un réseau d’enzymes qui agissent sur RIM1 et que ces enzymes contrôlent également l’activité de l’autre”, explique Dietrich.

L’équilibre synaptique est extrêmement important; s’il est perturbé, des troubles tels que l’épilepsie, mais peut-être aussi la schizophrénie ou l’autisme peuvent en résulter. Fait intéressant, l’information génétique de RIM1 est souvent altérée chez les personnes atteintes de ces troubles psychiatriques. Cela peut signifier que la protéine RIM1 y est moins efficace. “Nous voulons maintenant élucider davantage ces relations”, déclare Schoch McGovern, qui est également membre du domaine de recherche transdisciplinaire “Vie et santé”. “Peut-être que de nouvelles options thérapeutiques pour ces maladies émergeront de nos découvertes à long terme, bien qu’il y ait certainement un long chemin à parcourir avant que cela ne se produise.”

Institutions participantes et financement

L’étude a été soutenue par la Fondation allemande pour la recherche (DFG), le programme BONFOR de l’hôpital universitaire de Bonn, le Conseil national australien de la santé et de la recherche médicale (NHMRC) et la Fondation pour la recherche sur le cancer et le Cancer Institute New South Wales. Outre l’université et l’hôpital universitaire de Bonn, l’université de Sydney et la société australienne i-Synapse ont participé aux travaux.