Jusqu’à récemment, on pensait que les synapses calmes n’étaient présentes qu’aux premiers stades du développement du cerveau lorsqu’elles aidaient le cerveau à assimiler de nouvelles informations. Cependant, le plus récent AVEC Une étude a révélé qu’environ 30 % de toutes les synapses du cortex du cerveau des souris adultes sont silencieuses. Les scientifiques ont également découvert que ces synapses silencieuses restent inactives jusqu’à ce qu’elles soient recrutées pour aider former de nouveaux souvenirs.
Ces synapses silencieuses peuvent donner un aperçu de la façon dont le cerveau adulte peut créer continuellement de nouveaux souvenirs et acquérir de nouvelles informations sans avoir besoin de changer ses anciennes synapses conventionnelles.
Dimitra Vardalaki, étudiante diplômée du MIT et auteur principal de la nouvelle étude, a déclaré : « Ces synapses silencieuses recherchent de nouvelles connexions, et lorsque de nouvelles informations importantes sont présentées, les connexions entre les neurones concernés sont renforcées. Cela permet au cerveau de créer de nouveaux souvenirs sans écraser les souvenirs importants stockés chez les adultes. synapsesqui sont plus difficiles à changer.
Dans cette étude, les scientifiques n’ont pas cherché expressément à rechercher des synapses silencieuses. Au lieu de cela, ils enquêtaient sur un résultat fascinant d’une expérience antérieure dans le laboratoire de Harnett (Mark Harnett, professeur agrégé de cerveau et de sciences cognitives). Dans cette étude, les auteurs ont montré comment dendritesqui ressemblent à des antennes et poussent à partir de neurones, peuvent traiter les entrées synaptiques différemment selon leur emplacement dans un seul neurone.
Pour déterminer si cela pouvait aider à expliquer les variations de leur comportement, les scientifiques ont tenté de quantifier les récepteurs des neurotransmetteurs dans diverses branches dendritiques dans le cadre de cette étude. Ils y sont parvenus en utilisant une méthode connue sous le nom d’IMAP (epitope-preserving Magnified Analysis of the Proteome), créée par Chung. Cette méthode permet l’expansion physique des échantillons de tissus, suivie du marquage de protéines spécifiques pour fournir des images avec une résolution extrêmement élevée.
Harnett a dit, « Pendant que nous faisions de l’imagerie, nous avons fait une découverte surprenante. La première chose que nous avons vue, qui était super bizarre et à laquelle nous ne nous attendions pas, était des filopodes partout.
Les filopodes sont de fines saillies membranaires qui s’étendent à partir des dendrites. Les scientifiques les ont vus plus tôt, mais ce qu’ils font reste incertain car ils sont si petits qu’ils sont difficiles à voir avec les techniques d’imagerie traditionnelles.
Suite à cette découverte, l’équipe du MIT a utilisé la technologie IMAP pour rechercher des filopodes dans d’autres régions du cerveau adulte. À leur grand étonnement, ils ont découvert des filopodes à un niveau 10 fois supérieur à celui précédemment observé dans le cortex visuel de souris et d’autres régions du cerveau. De plus, ils ont découvert que les filopodes manquaient de récepteurs AMPA mais avaient Récepteurs NMDAqui sont des récepteurs de neurotransmetteurs.
Une synapse active typique possède ces deux récepteurs, se liant au glutamate, un neurotransmetteur. Les récepteurs NMDA nécessitent normalement une coopération avec les récepteurs AMPA pour transmettre les signaux car les ions magnésium bloquent les récepteurs NMDA au potentiel de repos normal des neurones. Ainsi, lorsque les récepteurs AMPA sont absents, les synapses qui n’ont que des récepteurs NMDA ne peuvent pas transmettre de courant électrique et sont dites “silencieuses”.
Les scientifiques ont adapté la méthode expérimentale connue sous le nom de patch clamping pour étudier la possibilité que ces filopodes soient des synapses silencieuses. En simulant la libération du neurotransmetteur glutamate à partir d’un proche neuroneils pourraient stimuler des filopodes spécifiques tout en surveillant simultanément l’activité électrique qui s’y produit.
Les scientifiques ont utilisé la technique pour découvrir que le glutamate ne générerait aucun signal électrique dans le filopode recevant l’entrée à moins que les récepteurs NMDA ne soient expérimentalement débloqués.
Les scientifiques ont noté, “Cela soutient fortement la théorie selon laquelle les filopodes représentent des synapses silencieuses dans le cerveau.”
En combinant la libération de glutamate avec un courant électrique provenant du corps du neurone, il est possible de désactiver ces synapses silencieuses, ont montré des scientifiques. Cette stimulation combinée conduit à l’accumulation de récepteurs AMPA dans la synapse silencieuse, lui permettant de former une connexion solide avec l’axone voisin libérant du glutamate.
Le fait intéressant est que la conversion de ces synapses silencieuses en synapses actives était beaucoup plus facile que de modifier les synapses matures.
Harnett a dit, « Si vous commencez avec une synapse déjà fonctionnelle, ce protocole de plasticité ne fonctionne pas. Les synapses du cerveau adulte ont un seuil beaucoup plus élevé, probablement parce que vous voulez que ces souvenirs soient assez résistants. Vous ne voulez pas qu’ils soient constamment écrasés. Les filopodes, en revanche, peuvent être capturées pour former de nouveaux souvenirs.
« Cet article est, pour autant que je sache, la première véritable preuve de son fonctionnement dans le cerveau d’un mammifère. Les filopodes permettent à un système de mémoire d’être à la fois flexible et robuste. Vous avez besoin de flexibilité pour acquérir de nouvelles informations, mais aussi de stabilité pour conserver les informations importantes.
La recherche de ces synapses silencieuses dans le tissu cérébral humain est actuellement en cours. De plus, ils veulent étudier comment le vieillissement et les maladies neurodégénératives, ainsi que d’autres variables, peuvent influencer le nombre ou la fonctionnalité de ces synapses.
Harnet a dit, « Il est tout à fait possible qu’en changeant la quantité de flexibilité que vous avez dans un système de mémoire, il devienne beaucoup plus difficile de changer vos comportements et vos habitudes ou d’incorporer de nouvelles informations. Vous pouvez également imaginer trouver certains des acteurs moléculaires impliqués dans les filopodes et essayer de manipuler certaines de ces choses pour essayer de restaurer la mémoire flexible à mesure que nous vieillissons.
Référence de la revue :
- Vardalaki, D., Chung, K. & Harnett, MT Les filopodes sont un substrat structurel pour les synapses silencieuses dans le néocortex adulte. La natureDDI 2022 : 10.1038/s41586-022-05483-6
