Nos neurones peuvent se régénérer
Durant des décennies, le dogme scientifique déclarait que les neurones de notre cerveau sont en nombre limité, ils ne se renouvellent pas, et à partir de l’âge adulte nous en perdons chaque jour, irrémédiablement, des quantités.
On sait à présent que nos neurones peuvent se
régénérer – et que de nouveaux peuvent constamment apparaître.
Il existe des centaines de catégories différentes
de neurones, qui, selon leur localisation, leur architecture, les signaux
chimiques qu'ils émettent, jouent des rôles très différents.
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| Les cellules gliales sont très nombreuses et régulent la neurotransmission |
Outre le fait qu'elle
ouvre des perspectives en matière de
réparation du cerveau, la neuro-genèse à l'âge adulte modifie la manière dont
il faut envisager le fonctionnement normal du cerveau. Depuis quelques années,
on observe de plus en plus de signes de plasticité anatomique du cerveau
adulte, à plusieurs niveaux, et notamment en ce qui concerne la forme et le
nombre des synapses.
La régénération des neurones endommagés constitue
l’un des principaux enjeux de la médecine d’aujourd’hui.
Le cerveau est capable de produire de nouveaux neurones
Bryan Kolb,
neuroscientifique de l'Université de Lethbridge (Canada) a montré, en 2006,
cette capacité chez des rats de laboratoire après un accident vasculaire
cérébral et des lésions cérébrales consécutives. Lui et ses collègues ont fourni le facteur de croissance à des rats et ont
observé que leur cerveau non seulement produisait de nouveaux neurones, mais qu’ils
étaient utilisés pour réparer les dégâts physiques et fonctionnels causés par
les accidents vasculaires cérébraux. Et ils ont fait une autre constatation
surprenante : pendant les deux semaines après la lésion, les nouveaux
neurones “migrent” vers la zone endommagée et attendent des ordres. Si ils sont
stimulés convenablement, ils commencent à travailler et à aider le cerveau à
récupérer des fonctions ; par exemple, faire que l’animal lève une patte.
Si une partie du cerveau
est blessée, en particulier le cortex – la couche qui traite les signaux pour
la perception et le mouvement –, il est souvent possible d’entraîner une autre pour
suppléer les dommages. Cela nécessite une pratique constante qui dure plusieurs
années. Cependant, les scientifiques affirment que la pensée et l'activité peuvent altérer
physiquement le cerveau, effet appelé neuro-plasticité. Maintenant on sait que,
en pensant, de nouvelles connexions synaptiques se forment dans le réseau
neuronal.
Un des “centre d’élevage
de neurones” du cerveau se trouve dans l'hippocampe, qui joue un rôle clé dans
la mémoire. Cette reconstruction a été accomplie avec la stimulation de cette
zone cérébrale.
Cette capacité de
récupération est attribuée à la plasticité synaptique, qui produit une
stimulation dans les neurones, pour qu’ils puissent se régénérer.
Dans une étude, des
chercheurs de l'Université de Toronto ont utilisé des marqueurs chimiques pour
suivre les nouveaux neurones générés naturellement chez les souris saines et
puis ils ont appris aux animaux à nager jusqu’à une plateforme. Après beaucoup
de pratique, les rongeurs “se souvenaient” où était la plateforme. Plus tard,
lorsque les chercheurs ont examiné les cerveaux de souris, ils ont constaté que
les nouveaux neurones s’étaient chargés de la tâche de mémoire ;
c'est-à-dire, les cellules marquées chimiquement étaient concentrées dans le “centre
d’élevage” de l'hippocampe.
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| Dendrite |
Dans les maladies neuro-dégénératives comme la maladie de
Parkinson, la sclérose latérale amyotrophique (SLA) ou la maladie d'Alzheimer, ce
sont la perte de neurones et une mauvaise communication dendritique qui
prédominent. Les conséquences d'un trouble du cerveau se traduisent par des
problèmes moteurs et cognitifs.
Des scientifiques créent des synapses in vitro grâce à des substances artificielles
Dans une étude effectuée par des chercheurs de
l’Institut et Hôpital neurologique de Montréal (le Neuro) et de l’université
McGill, publiée dans le Journal of Neuroscience en octobre 2009, il est
question d’une composante artificielle sous forme de billes de plastique
recouvertes d’une substance qui facilite l’adhésion et attire les neurones.
L’étude est la première à démontrer que les
neurones peuvent croître et créer des contacts significatifs et fonctionnels,
ou synapses – jonctions spécialisées qui assurent la transmission
d’informations entre les neurones.
La stimulation artificielle des neurones et
l’application d’un colorant ont permis de constater que la transmission avait
eu lieu, car le colorant a été absorbé par les synapses.
Ces résultats présentent non seulement un modèle
pour comprendre la formation des neurones, lequel pourra servir dans des études
ultérieures, mais suscitent l’optimisme chez ceux qui sont atteints de troubles
neurologiques et s’avèrent porteur d’espoir en ce qui a trait à l’utilisation
de substrats artificiels dans la régénération des nerfs endommagés.
La régénérescence des neurones prouvée grâce aux traces d'essais nucléaires
Dans une étude de l’Institut Karolinska de
Stockholm, publiée dans la revue Cell
en juin 2013, des chercheurs ont mesuré dans le cerveau humain, le taux de
carbone radioactif – issu de décennies d’explosions atomiques dans
l’atmosphère, et ont prouvé qu’une partie de nos neurones cérébraux se
renouvelle.
Contrairement aux poissons, amphibiens, reptiles
et oiseaux, les mammifères – dont l’homme – n’ont pas la chance de pouvoir
reconstituer la totalité des neurones de leur cerveau. On a même longtemps cru
que leur stock délivré à la naissance pouvait diminuer au fur et à mesure du
vieillissement. C'était avant de découvrir que, chez la souris et le singe,
certaines de ces cellules pouvaient se constituer au cours de la vie. Des
expériences ont ensuite montré que c'était également le cas chez l'Homme mais
seulement dans certaines régions cérébrales.
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| Carbone 14 |
Les 2 types d’atomes, présents dans le milieu
naturel et ses cycles, s’intègrent naturellement à l’ADN des cellules lorsque
celles-ci se créent. Pour une période donnée, la proportion C12 / C14 de
l’environnement se retrouve à l’identique, dans le noyau de toute cellule – y
compris un neurone – naissant à ce moment-là.
Dans l’écosystème terrestre, ce ratio a
considérablement fluctué entre 1945 et 1963, à cause des explosions de bombes
atomiques, testées dans l’atmosphère et en mer (depuis, ces essais ont lieu
sous terre). Chaque période possède ainsi sa ‘signature carbone’ – identifiable
dans l’environnement, donc dans nos neurones.
Il était dès lors possible aux chercheurs suédois
d’extraire, d’analyser et de dater l’ADN neural de l’hippocampe des cerveaux
étudiés. Et de constater qu’une partie de ces neurones avait ‘vu le jour’ bien
après la date de naissance et la petite enfance de ces individus. D'après les
chercheurs, quelque 1.400 neurones se formeraient ainsi chaque jour, soit un
renouvellement, chaque année, de 1,75% de l’hippocampe. Malheureusement, la
dégénérescence va encore plus vite que cette neuro-genèse.
Comment régénérer les neurones sans affecter la mémoire
Dans une étude, l’équipe dirigée par Timothy
O'Leary et Eve Marder de l'Université Brandeis (Massachusetts), publiée dans la
revue scientifique Neuron en mai
2014, a construit un modèle biochimique simple des neurones de contrôle et de
leurs composants cellulaires d'autorégulation. En particulier, ils se sont
intéressés à la vitesse des canaux ioniques et les récepteurs, et comment les
cellules évitent de perturber la signalisation électrique des fonctions normales
du système nerveux.
Ils ont découvert que les cellules ne doivent pas
mesurer tous les détails de l'activité pour maintenir le fonctionnement du
système, trop de détails déraille en fait le processus. Certaines propriétés
cibles peuvent se contredire. De plus, ils ont également appris que les
cellules ayant des propriétés similaires peuvent avoir des types d'expression
différents des canaux ioniques.
Les neurones vivent de nombreuses années, mais ses
composants, les protéines et les molécules qui composent la cellule, sont sans
cesse remplacés.
Comment s'effectue cette reconstruction sans
affecter notre capacité de penser, de ne pas oublier, d’apprendre ou d’expérimenter,
est une des plus grandes questions en neuro-science.
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| Canaux ioniques |
Les récepteurs et les canaux ioniques sont en
constante évolution, puisque les cellules ont besoin de régler la vitesse à
laquelle elles sont remplacées de manière à empêcher la perturbation de la
fonction normale du système nerveux.
Les neurones ont besoin d'un compteur interne pour
surveiller l'activité électrique et ajuster en conséquence l'expression des
canaux ioniques. Étant donné qu’un seul neurone fait toujours partie d'un plus
grand circuit, il faut effectuer cela tout en continuant à maintenir
l'homéostasie (stabilité) de tout le système nerveux.
L'étude représente une avancée importante dans la compréhension de la plus complexe des machines jamais construite, le cerveau humain. Et elle peut conduire vraiment à de différentes stratégies thérapeutiques pour le traitement des maladies neuro-dégénératives qui affectent les neurones du cerveau.
Pour comprendre et guérir certaines maladies, on doit analyser et comprendre comment les systèmes biologiques contrôlent leurs propriétés internes quand ils sont dans un état de santé normal. Et ce modèle pourrait aider les chercheurs à le faire.
Pour comprendre et guérir certaines maladies, on doit analyser et comprendre comment les systèmes biologiques contrôlent leurs propriétés internes quand ils sont dans un état de santé normal. Et ce modèle pourrait aider les chercheurs à le faire.
Une nouvelle technologie de microprocesseur pour recenser les régénérateurs neuronaux
Des chercheurs de l'Institut de Technologie du
Massachusetts on fait une nouvelle découverte, publiée par la National Academy of Sciences des
États-Unis en avril 2010, sur les mécanismes de composés moléculaires et
chimiques, qui démontre qu'elle peut améliorer la régénération neuronale, et
par ce biais, développer de nouvelles thérapies et lutter contre les lésions du
système nerveux, ainsi que les maladies neuro-dégénératives.
Les chercheurs ont employé une technologie neuve
de microprocesseur pour tester rapidement les médicaments potentiels appliqués sur
des vers de terre minuscules appelés C. elegans, qui sont employés
souvent dans les études du système nerveux. Cette technologie aide les
chercheurs à identifier rapidement les produits chimiques prometteurs qui
peuvent être testés dans les mammifères et peut-être même chez l'homme. Ils ont
déjà recensé une classe prometteuse des régénérateurs neuronaux.
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| Ver C. elegans |
Ce type de technologie permet de faire des
milliers de microchirurgies sur un seul axone en quelques secondes, selon
l'étude. Il est maintenant possible d'identifier certaines substances chimiques
qui peuvent altérer la régénération neuronale. La technologie de la puce
électronique permet également de trouver des composés ayant des effets dans les
maladies comme l'Alzheimer, le Parkinson et la sclérose latérale amyotrophique.
L’âge n’est pas un obstacle pour la régénération des neurones
Une nouvelle étude menée en janvier 2014, par
l'équipe de Marc Hammarlund et Alexandra Byrne, de l'Université de Yale, a
découvert que ce n'est pas l'âge, mais l'insuline qui limite de manière
décisive la régénération neuronale. La découverte a été faite sur des vers vieillis,
mais il est possible que la même situation découverte se produise chez d'autres
animaux, y compris l'être humain.
Dans les vers étudiés, c’est l'insuline qui inhibe
la capacité de neurones-moteur à se réparer, une constatation qui suggère que
la détérioration de la santé du système nerveux ne peut pas être inévitable.
Au fur et à mesure du vieillissement, tous les
organismes subissent une réduction de leur capacité à régénérer les parties
endommagées du système nerveux.
La recherche a identifié deux voies génétiques qui
réglementent l'activité de l'insuline et qui sont responsables de la réduction,
liée à l'âge, de la capacité de régénération des axones (branches) dans les
neurones des vers. L'équipe a également identifié deux autres voies
réglementant la capacité des cellules nerveuses pour se régénérer, mais qui n'ont
aucune connexion avec l'âge des vers.
Le ver C.
elegans est un excellent modèle d'étude pour l'analyse génétique du
vieillissement. Par le biais de la manipulation des familles de gènes qui
régulent l'activité de l'insuline, il a déjà été observé dans des études
antérieures que l'espérance de vie de cet organisme augmente considérablement.
Cette nouvelle étude montre que l'insuline induite par la signalisation affecte
aussi directement le système nerveux.
L’objectif de cette ligne fascinante de recherche
vise à découvrir plus en détail comment les différentes voies de signalisation régulent
de manière coordonnée le vieillissement neuronal, et plus précisément, comment
régénérer les neurones sans que l'âge de la personne soit un obstacle.
Recherche sur l'adaptation de la régénération nerveuse de la lamproie chez l’homme
Des chercheurs de
l'Université du Missouri, dans une étude publiée dans Neuroscience en août 2013, ont découvert comment la lamproie marine
(poisson à squelette cartilagineux) régénère les neurones qui composent le
longues “autoroutes” nerveuses qui relient le cerveau à la moelle
épinière. Les résultats de l'étude peuvent guider les efforts futurs
pour favoriser le rétablissement des humains qui ont subi des lésions de la
moelle épinière.
Les poissons, contrairement aux humains, peuvent
régénérer les connexions nerveuses et rétablir la mobilité normale à la suite
d'une lésion de leur moelle épinière. Suite à une lésion de la moelle épinière,
les neurones se régénèrent chez les vertébrés inférieurs, comme la lamproie
marine, et pourquoi ne pas le faire chez les vertébrés supérieurs, tels que les
humains.
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| Lamproie marine |
Les chercheurs ont isolés et retirés les neurones
réticulo-spinales blessés de la lamproie marine et mis en place des cultures
extérieures, dans des conditions différentes, afin de voir les effets de ces
conditions sur la croissance de ces neurones. Les chercheurs ont constaté que
l'adénosine mono-phosphate cyclique (AMP cyclique) semble augmenter la
régénération neuronale dans le système nerveux central dans un environnement
qui inhibe normalement la régénération, c'est-à-dire l’AMP semble être en
mesure de battre certains de ces facteurs inhibants et promouvoir au moins un
certain degré de régénération.
P45 – la protéine capable de régénérer les
connexions nerveuses
Dans une étude de l’Institut Salk, publiée dans PLoS ONE en août 2014, le professeur
Salk Kuo-Fen Lee et ses collègues ont découvert que la protéine p45 favorise la régénération des nerfs endommagés en empêchant la gaine de l’axone – connue sous le nom de myéline – d’inhiber la repousse.
Les grenouilles, les chiens, les baleines, les
escargots tous ces animaux ont la molécule mais pas les humains et les primates.
Alors que de nombreux animaux ont cette capacité de développement de nouveaux
nerfs après une lésion, les humains ne l’ont pas.
Pour qu’un nerf endommagé puisse reprendre sa
fonction, ses axones (les longues fibres nerveuses qui conduisent les signaux
électriques) ont besoin de croître et de créer de nouveaux liens avec d’autres
cellules.
Cette conclusion est le résultat d'un processus de
recherche qui dure depuis plusieurs années. Néanmoins, les humains, les
primates et d’autres vertébrés les plus avancés n’ont pas de p45. On ne sait
pas pourquoi cette régénération des nerfs ne se produit pas chez l'homme.
Au lieu de cela, les chercheurs ont découvert une
protéine différente, la p75, qui se lie à la myéline de l’axone lorsque le
dommage s'est produit dans le nerf chez ces animaux. Au lieu de favoriser la
régénération nerveuse, la p75 arrête effectivement la croissance des nerfs
endommagés.
Les scientifiques ont étudié comment deux
protéines p75 se lient et forment une paire qui se fixe sur les inhibiteurs
libérés par la myéline endommagée. En étudiant les configurations des protéines
dans des solutions utilisant la résonance magnétique nucléaire (RMN), les
chercheurs ont découvert que la p45 favorisant la croissance pourrait perturber
la liaison des protéines p75. Quand la
p45 arrive, la protéine casse la paire en morceaux.
De plus, la protéine p45 a été capable de se lier
à une région spécifique de la protéine p75 essentielle à la formation d’une
paire de p75, diminuant ainsi la quantité de paires p75 qui se fixe aux inhibiteurs
libérés par la myéline. Avec moins de paires de p75 disponibles pour coller aux
signaux inhibiteurs, les axones ont pu repousser.
Les résultats suggèrent qu’un agent, tel que la
protéine p45 ou une autre molécule perturbatrice, capable de briser
efficacement la paire de p75 pourrait offrir une thérapie possible pour les
dommages de la moelle épinière.
Une méthode de traitement pourrait être
d’introduire plus de protéines p45 aux neurones lésés. Mais une tactique plus
intelligente consisterait à introduire une petite molécule qui bloque la
liaison entre les deux protéines p75. Un
tel agent pourrait passer à travers la barrière hémato-encéphalique et le site
de lésions de la moelle épinière. La prochaine étape sera de voir si
l’introduction de la p45 aide à régénérer les nerfs humains endommagés.
La stimulation cérébrale périphérique (PbS)
La stimulation cérébrale périphérique (PbS) est
destinée à stimuler le processus naturel de génération neuronale. Dans le but
d'améliorer chez les patients non seulement le fonctionnement cognitif mais
aussi le moteur.
La plasticité cérébrale est la capacité de
réorganisation du système nerveux après la perte ou la destruction de certains
éléments de son fonctionnement. A ce titre, cette capacité concerne non
seulement l'apprentissage mais aussi le remplacement des certaines structures
par d'autres.
Les processus de base sont :
* Augmentation de l'efficacité des synapses : les
connexions entre les neurones.
* Régénération des synapses.
* Régénération des neurones.
La stimulation cérébrale périphérique a comme
objectif la régénération naturelle des structures endommagées ou touchées dans
le cerveau. Après la stimulation permanente de la PbS, le bon fonctionnement
des structures qui n'ont pas été endommagées est encouragé, en gardant leur
bonne activité et prenant ainsi les tâches des autres circuits neuronaux
endommagés.
Mémorisation d'un souvenir
C’est le résultat des modifications de connexions
dans les réseaux de neurones, induites par un signal électrique.
1. Dendrite. Prolongement filamenteux du neurone
servant à recevoir et conduire l'influx nerveux.
2. Transmetteur. L'influx nerveux se traduit par
une protéine qui aide à la libération du neurotransmetteur.
3. Influx nerveux. Les informations portées par le
neurotransmetteur se transforment à nouveau en un message électrique.
4. Synapse. Le point de communication entre deux
neurones.
5. Neurone pré-synaptique. Chargée de transférer le message nerveux situé
avant la synapse.
6. Axon. Filament qui reçoit l’information du
neurone post-synaptique.
*
* *
Les récentes découvertes sur le cerveau offrent un énorme espoir
* Aux enfants et adolescents ayant des difficultés
d'apprentissage.
* Dans les maladies neuro-dégénératives comme la
maladie de Parkinson, SLA ou la maladie d'Alzheimer.
* Aux victimes d'accident vasculaire cérébral qui
doivent faire face à la perte de fonctions cérébrales.
* À ceux qui souffrent de douleurs chroniques.
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