Les bases du cerveau : La vie et la mort d’un neurone

Les bases du cerveau : La vie et la mort d’un neurone

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Introduction
L’architecture du neurone
Naissance
Migration
Différenciation
Mort
Espoir par la recherche

Introduction

Jusqu’à récemment, la plupart des neuroscientifiques pensaient que nous étions nés avec tous les neurones que nous aurions jamais. Pendant l’enfance, nous pouvions produire quelques nouveaux neurones pour aider à construire les voies – appelées circuits neuronaux – qui servent d’autoroutes de l’information entre les différentes zones du cerveau. Mais les scientifiques pensaient qu’une fois qu’un circuit neuronal était en place, l’ajout de tout nouveau neurone perturberait le flux d’informations et désactiverait le système de communication du cerveau.

En 1962, le scientifique Joseph Altman a remis en question cette croyance lorsqu’il a vu des preuves de neurogenèse (la naissance de neurones) dans une région du cerveau du rat adulte appelée hippocampe. Il a ensuite rapporté que les neurones nouveau-nés migraient de leur lieu de naissance dans l’hippocampe vers d’autres parties du cerveau. En 1979, un autre scientifique, Michael Kaplan, a confirmé les résultats d’Altman dans le cerveau du rat, et en 1983, il a trouvé des cellules précurseurs de neurones dans le cerveau antérieur d’un singe adulte.

Ces découvertes sur la neurogenèse dans le cerveau adulte ont surpris les autres chercheurs qui ne pensaient pas qu’elles pouvaient être vraies chez l’homme. Mais au début des années 1980, un scientifique qui essayait de comprendre comment les oiseaux apprennent à chanter a suggéré aux neuroscientifiques de se pencher à nouveau sur la neurogenèse dans le cerveau adulte et de commencer à voir comment cela pourrait avoir un sens. Dans une série d’expériences, Fernando Nottebohm et son équipe de recherche ont montré que le nombre de neurones dans le cerveau antérieur des canaris mâles augmentait de façon spectaculaire pendant la saison des amours. C’est à cette même période que les oiseaux devaient apprendre de nouveaux chants pour attirer les femelles.

Pourquoi le cerveau de ces oiseaux a-t-il ajouté des neurones à un moment aussi critique de l’apprentissage ? Nottebohm pense que c’est parce que les neurones frais ont aidé à stocker les nouveaux modèles de chant dans les circuits neuronaux du cerveau antérieur, la zone du cerveau qui contrôle les comportements complexes. Ces nouveaux neurones rendaient l’apprentissage possible. Si les oiseaux fabriquaient de nouveaux neurones pour les aider à se souvenir et à apprendre, Nottebohm pensait que les cerveaux des mammifères pourraient aussi le faire.

D’autres scientifiques pensaient que ces découvertes ne pouvaient pas s’appliquer aux mammifères, mais Elizabeth Gould a plus tard trouvé des preuves de neurones nouveau-nés dans une zone distincte du cerveau chez les singes, et Fred Gage et Peter Eriksson ont montré que le cerveau humain adulte produisait de nouveaux neurones dans une zone similaire.

Pour certains neuroscientifiques, la neurogenèse dans le cerveau adulte est encore une théorie non prouvée. Mais d’autres pensent que ces preuves offrent des possibilités intrigantes sur le rôle des neurones générés par les adultes dans l’apprentissage et la mémoire.

L’architecture du neurone

Le système nerveux central (qui comprend le cerveau et la moelle épinière) est composé de deux types de cellules de base : les neurones (1) et la glie (4) & (6). La glie est plus nombreuse que les neurones dans certaines parties du cerveau, mais les neurones sont les acteurs clés du cerveau.

Les neurones sont des messagers d’information. Ils utilisent des impulsions électriques et des signaux chimiques pour transmettre des informations entre différentes zones du cerveau, et entre le cerveau et le reste du système nerveux. Tout ce que nous pensons, ressentons et faisons serait impossible sans le travail des neurones et de leurs cellules de soutien, les cellules gliales appelées astrocytes (4) et oligodendrocytes (6).

Les neurones ont trois parties de base : un corps cellulaire et deux extensions appelées axone (5) et dendrite (3). A l’intérieur du corps cellulaire se trouve un noyau (2), qui contrôle les activités de la cellule et contient le matériel génétique de la cellule. L’axone ressemble à une longue queue et transmet les messages de la cellule. Les dendrites ressemblent aux branches d’un arbre et reçoivent les messages de la cellule. Les neurones communiquent entre eux en envoyant des substances chimiques, appelées neurotransmetteurs, à travers un minuscule espace, appelé synapse, entre les axones et les dendrites des neurones adjacents.

Il existe trois classes de neurones :

1. Les neurones sensoriels transportent les informations des organes des sens (comme les yeux et les oreilles) vers le cerveau.
2. Les neurones moteurs contrôlent l’activité musculaire volontaire comme la parole et transportent des messages des cellules nerveuses du cerveau aux muscles.
3. Tous les autres neurones sont appelés interneurones.

Les scientifiques pensent que les neurones sont le type de cellule le plus diversifié du corps. Au sein de ces trois classes de neurones, on trouve des centaines de types différents, chacun ayant des capacités spécifiques de transport de messages.

La façon dont ces neurones communiquent entre eux en établissant des connexions est ce qui rend chacun de nous unique dans sa façon de penser, de ressentir et d’agir.

Naissance

La mesure dans laquelle de nouveaux neurones sont générés dans le cerveau est un sujet controversé parmi les neuroscientifiques. Bien que la majorité des neurones soient déjà présents dans notre cerveau au moment de notre naissance, il existe des preuves qui soutiennent que la neurogenèse (le mot scientifique pour la naissance des neurones) est un processus qui dure toute la vie.

Les neurones naissent dans les zones du cerveau qui sont riches en concentrations de cellules précurseurs de neurones (également appelées cellules souches neurales). Ces cellules ont le potentiel de générer la plupart, sinon la totalité, des différents types de neurones et de glie présents dans le cerveau.

Les neuroscientifiques ont observé le comportement des cellules précurseurs de neurones en laboratoire. Bien que cela ne corresponde pas exactement à la façon dont ces cellules se comportent lorsqu’elles sont dans le cerveau, cela nous donne des informations sur la façon dont elles pourraient se comporter lorsqu’elles sont dans l’environnement du cerveau.

La science des cellules souches est encore très récente, et pourrait changer avec des découvertes supplémentaires, mais les chercheurs en ont appris suffisamment pour pouvoir décrire comment les cellules souches neurales génèrent les autres cellules du cerveau. Ils appellent cela la lignée d’une cellule souche et cela ressemble en principe à un arbre généalogique.

Les cellules souches neurales se multiplient en se divisant en deux et en produisant soit deux nouvelles cellules souches, soit deux cellules progénitrices précoces, soit une de chaque.

Lorsqu’une cellule souche se divise pour produire une autre cellule souche, on dit qu’elle s’auto-renouvelle. Cette nouvelle cellule a le potentiel de fabriquer d’autres cellules souches.

Lorsqu’une cellule souche se divise pour produire une cellule progénitrice précoce, on dit qu’elle se différencie. La différenciation signifie que la nouvelle cellule est plus spécialisée dans sa forme et sa fonction. Une cellule progénitrice précoce n’a pas le potentiel d’une cellule souche pour produire de nombreux types de cellules différents. Elle ne peut fabriquer que des cellules de sa lignée particulière.

Les cellules progénitrices précoces peuvent s’auto-renouveler ou partir de deux façons. Un type donnera naissance à des astrocytes. L’autre type donnera finalement des neurones ou des oligodendrocytes.

Migration

Une fois qu’un neurone est né, il doit se rendre à l’endroit du cerveau où il fera son travail.

Comment un neurone sait-il où aller ? Qu’est-ce qui l’aide à s’y rendre ?

Les scientifiques ont vu que les neurones utilisent au moins deux méthodes différentes pour se déplacer :

1. Certains neurones migrent en suivant les longues fibres de cellules appelées glie radiale. Ces fibres s’étendent des couches internes aux couches externes du cerveau. Les neurones glissent le long des fibres jusqu’à ce qu’ils atteignent leur destination.
2. Les neurones se déplacent également en utilisant des signaux chimiques. Les scientifiques ont découvert des molécules spéciales à la surface des neurones — des molécules d’adhésion — qui se lient à des molécules similaires sur les cellules gliales ou les axones nerveux voisins. Ces signaux chimiques guident le neurone vers son emplacement final.

Les neurones ne réussissent pas tous leur voyage. Les scientifiques pensent que seul un tiers d’entre eux atteignent leur destination. Certaines cellules meurent au cours du processus de développement neuronal.

Certains neurones survivent au voyage, mais se retrouvent là où ils ne devraient pas être. Des mutations dans les gènes qui contrôlent la migration créent des zones de neurones mal placées ou formées bizarrement qui peuvent provoquer des troubles tels que l’épilepsie infantile. Certains chercheurs soupçonnent que la schizophrénie et le trouble de l’apprentissage qu’est la dyslexie sont en partie le résultat de neurones mal orientés.

Différenciation

Une fois qu’un neurone a atteint sa destination, il doit s’installer pour travailler. Cette étape finale de la différenciation est la partie la moins bien comprise de la neurogenèse.

Les neurones sont responsables du transport et de l’absorption des neurotransmetteurs – des substances chimiques qui relaient l’information entre les cellules du cerveau.

Selon son emplacement, un neurone peut effectuer le travail d’un neurone sensoriel, d’un neurone moteur ou d’un interneurone, en envoyant et en recevant des neurotransmetteurs spécifiques.

Dans le cerveau en développement, un neurone dépend de signaux moléculaires provenant d’autres cellules, comme les astrocytes, pour déterminer sa forme et son emplacement, le type de transmetteur qu’il produit, et à quels autres neurones il se connectera. Ces cellules fraîchement nées établissent des circuits neuronaux – ou voies d’information reliant les neurones entre eux – qui seront en place tout au long de l’âge adulte.

Mais dans le cerveau adulte, les circuits neuronaux sont déjà développés et les neurones doivent trouver un moyen de s’intégrer. Lorsqu’un nouveau neurone s’installe, il commence à ressembler aux cellules environnantes. Il développe un axone et des dendrites et commence à communiquer avec ses voisins.

Mort

Bien que les neurones soient les cellules qui vivent le plus longtemps dans le corps, un grand nombre d’entre eux meurent pendant la migration et la différenciation.

La vie de certains neurones peut prendre des tournures anormales. Certaines maladies du cerveau sont le résultat de la mort non naturelle de neurones.

– Dans la maladie de Parkinson, les neurones qui produisent le neurotransmetteur dopamine meurent dans les ganglions de la base, une zone du cerveau qui contrôle les mouvements du corps. Cela entraîne une difficulté à initier le mouvement.

– Dans la maladie de Huntington, une mutation génétique entraîne une surproduction d’un neurotransmetteur appelé glutamate, qui tue les neurones dans les ganglions de la base. En conséquence, les personnes se tordent et se tordent de façon incontrôlable.

– Dans la maladie d’Alzheimer, des protéines inhabituelles s’accumulent dans et autour des neurones du néocortex et de l’hippocampe, des parties du cerveau qui contrôlent la mémoire. Lorsque ces neurones meurent, les personnes perdent leur capacité à se souvenir et leur capacité à effectuer des tâches quotidiennes. Les dommages physiques au cerveau et à d’autres parties du système nerveux central peuvent également tuer ou désactiver les neurones.

– Les coups au cerveau, ou les dommages causés par un accident vasculaire cérébral, peuvent tuer les neurones d’un coup ou les priver lentement de l’oxygène et des nutriments dont ils ont besoin pour survivre.

– Les lésions de la moelle épinière peuvent perturber la communication entre le cerveau et les muscles lorsque les neurones perdent leur connexion aux axones situés sous le site de la lésion. Ces neurones peuvent encore vivre, mais ils perdent leur capacité à communiquer.

L’espoir par la recherche

Les scientifiques espèrent qu’en comprenant mieux la vie et la mort des neurones, ils pourront développer de nouveaux traitements, et peut-être même des remèdes, pour les maladies et les troubles du cerveau qui affectent la vie de millions d’Américains.

Les recherches les plus récentes suggèrent que les cellules souches neurales peuvent générer beaucoup, sinon tous, les différents types de neurones présents dans le cerveau et le système nerveux. En apprenant à manipuler ces cellules souches en laboratoire pour en faire des types spécifiques de neurones, on pourrait produire un nouvel approvisionnement en cellules cérébrales pour remplacer celles qui sont mortes ou endommagées.

Des thérapies pourraient également être créées pour tirer parti des facteurs de croissance et d’autres mécanismes de signalisation à l’intérieur du cerveau qui indiquent aux cellules précurseurs de fabriquer de nouveaux neurones. Il serait ainsi possible de réparer, de remodeler et de renouveler le cerveau de l’intérieur.

Pour obtenir des informations sur d’autres troubles neurologiques ou sur les programmes de recherche financés par le National Institute of Neurological Disorders and Stroke, contactez le Brain Resources and Information Network (BRAIN) de l’Institut à l’adresse suivante :

BRAIN
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(800) 352-9424
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National Institute of Neurological Disorders and Stroke
National Institutes of Health
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