dimanche 26 août 2018

Fonction du Squelette dans le Développement du Cerveau Pendant la Gestation




Une hormone osseuse se lie aux neurones pour diminuer l'anxiété
 et la dépression et améliorer l'apprentissage et la mémoire

L'os est un tissu vivant qui se renouvelle constamment. Deux types de cellules sont impliqués dans le remodelage : les ostéoclastes se débarrassent du vieil os et les ostéoblastes le remplacent par de nouveaux tissus. De nombreux facteurs peuvent affecter ce processus continu de remodelage et rendre les os moins denses et plus fragiles ; parmi eux, l'âge avancé, le manque d'exposition au soleil (essentiel pour la production de vitamine D, qui aide à fixer le calcium), une alimentation pauvre en calcium ou riche en sodium (qui augmente la perte de calcium du corps par l’urine), le tabac ou le manque d'exercice.

Le squelette se comporte comme un organe endocrinien capable de réguler la glycémie, la dépense énergétique ou la fertilité masculine. Il le fait au moyen d'une hormone appelée ostéocalcine, produite par les cellules osseuses.

Cette même hormone est décisive pour le développement du cerveau pendant la grossesse et plus tard pour certaines de ses fonctions importantes, telles que la mémoire et l'apprentissage.

Une recherche menée par Gerard Karsenty du Columbia University Medical Center à New York et publiée dans Cell en septembre 2013, montre que cette hormone est essentielle au développement embryonnaire pour que l'hippocampe, siège de l'apprentissage et de la mémoire, acquière une taille adéquate.

Avant que l'embryon ne puisse la synthétiser, l'ostéocalcine maternelle traverse le placenta et empêche la mort neuronale chez le fœtus.

Après la naissance, l'ostéocalcine, maintenant produite par le squelette du nouveau-né, reste décisive. Capable de traverser la barrière hémato-encéphalique qui isole le cerveau, elle se relie aux neurones du tronc cérébral, du mésencéphale et de l'hippocampe et produit des changements dans la chimie du cerveau, régulant la production de neurotransmetteurs, ce qui influence les niveaux d'anxiété et dépression, ainsi que la mémoire et l'apprentissage.

L'étude a initialement cherché une relation entre les hormones générées dans les tissus osseux et celles produites dans les ovaires (œstrogènes). À la stupéfaction des chercheurs, leurs expériences avec des souris transgéniques n'ont pas donné de résultats dans le cas des femelles, comme elles le prétendaient au début, mais dans le cas des mâles.

Les souris mâles dont les mutations produisaient plus d'ostéocalcine avaient plus de progéniture  et les petits étaient d'une taille légèrement plus grande  après l'accouplement avec des femelles normales. Au contraire, les mâles qui avaient génétiquement inhibée la production de l'hormone montraient plus des difficultés à féconder les femelles.

Ils ont découvert que les os contrôlent la reproduction, mais seulement chez les mâles. Chez les femmes, la relation qui est connue est le contraire, l'œstrogène affecte les os.

Dans une étude précédente (2010), l'équipe de Gerard Karsenty avait montré que le cerveau est un puissant inhibiteur de l'accumulation de masse osseuse. La question a été soulevée si l'os a également envoyé des signaux au cerveau pour limiter cette influence négative. Et si c'était le cas, quels signaux utilise t-il et comment fonctionnent-ils ? Une maladie osseuse rare, appelée dysplasie cleidocranienne, a rendu ce doute raisonnable. Cette pathologie qui affecte la clavicule et les os du crâne est souvent accompagnée de déficits cognitifs et est liée à une mutation dans un gène régulateur de l'ostéocalcine.


Pendant la grossesse, l'ostéocalcine de la mère traverse le placenta et favorise la formation de 
l'hippocampe et le développement de la mémoire et de l'apprentissage spatial chez l'embryon. 
Après la naissance (à droite) l'hormone agit sur le cerveau et produit des changements 
dans le niveau des neurotransmetteurs, ce qui aide à prévenir l'anxiété et la dépression.

La majeure partie de cette hormone est incorporée dans l'os, mais de petites quantités sont libérées dans le sang et peuvent agir sur d'autres organes, tels que le pancréas, augmentant la concentration d'insuline.

Pour déterminer si cela fonctionnait également dans le cerveau, Karsenty et son équipe ont travaillé avec des souris génétiquement modifiées pour ne pas produire cette hormone. Ils ont démontré que l'ostéocalcine traverse la barrière hémato-encéphalique et se lie aux neurones du tronc cérébral, du mésencéphale et de l'hippocampe. Ils ont également vu qu'elle favorise la naissance de nouveaux neurones et augmente la synthèse de plusieurs neurotransmetteurs, y compris la sérotonine, la dopamine et d'autres catécholamines. Ils ont également vu que les souris sans ostécocalcine avaient un hippocampe anormalement petit.

Ils ont pu également vérifier comment l'action de cette hormone osseuse sur les neurotransmetteurs dans le cerveau se reflète dans le comportement des rongeurs. Les souris dépourvues d'ostéocalcine présentaient des niveaux plus élevés d'anxiété et de dépression que les souris normales. Ils avaient aussi des problèmes d'apprentissage et de mémoire.

Ces changements, signalent les chercheurs, rappellent ceux qui se produisent pendant le vieillissement et pourraient être dus à la diminution de l'ostéocalcine avec l'âge. Une nouvelle approche qui pourrait fournir de nouveaux indices pour contrer les effets négatifs du vieillissement sur les capacités cognitives, telles que la perte de mémoire.

L'ostéocalcine agit avant la naissance


Lorsque les souris sans calcitonine ont reçu cette hormone, leur anxiété et leur dépression se sont normalisées, mais étonnamment, cela n'a eu aucun effet sur les problèmes d'apprentissage et de mémoire, ni sur la taille de l'hippocampe. De nouvelles expériences ont montré que cette hormone agit avant la naissance. Pendant la grossesse, la calcitonine de la mère traverse le placenta et atteint le fœtus pour diminuer la mort cellulaire et ainsi favoriser le bon développement de l'hippocampe.

Le squelette maternel influence la
formation de l'hippocampe, siège de
la mémoire et de l'apprentissage
Pour arriver à cette conclusion, les chercheurs ont modifié génétiquement les souris pour empêcher l'action de la calcitonine après la naissance. Comme prévu, les souris étaient anxieuses et déprimées, mais dans ce cas, leur hippocampe était normal, ce qui signifiait que l'hormone avait un rôle décisif avant la naissance. Pour qu'il n'y ait aucun doute, ils ont injecté de l'ostéocalcine dans des rats manipulés qui manquaient de cette hormone, ce qui a permis à la taille de l'hippocampe de la progéniture soit adéquate.

Cette découverte chez la souris expliquerait pourquoi les mères ayant des problèmes nutritionnels ont plus fréquemment des bébés avec des troubles métaboliques et psychiatriques. La malnutrition diminue l'activité des cellules osseuses. En conséquence, les mères souffrant de malnutrition ont une masse osseuse faible, ce qui affecte la production d'ostéocalcine. Cela a une pertinence clinique même aujourd'hui, dans les pays en développement, où la malnutrition maternelle est encore courante.

Il existe une relation étroite entre le mouvement, le cerveau, les muscles, les os et les neurotransmetteurs


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