La plasticité synaptique, qui est la capacité qu’ont les neurones de former de nouveaux liens entre eux, ou de renforcer ou affaiblir des liens existants, a longtemps été étudiée en tant que base de l’apprentissage et de la mémoire. Bien que les processus cellulaires et les mécanismes biologiques impliqués soient complexes, la compréhension de ce processus dynamique dans le cerveau progresse beaucoup grâce aux études réalisées au Brain Research Centre de l’université de Colombie Britannique (UBC) et dans d’autres instituts de recherche du monde entier.
Il est maintenant bien établi que les stimulations externes provoquent le renforcement ou l’affaiblissement des connections des synapses, qui influencent à leur tour la croissance et le développement des neurones. Ceci constitue l’apprentissage au niveau cellulaire, et Kurt Haas, membre du Brain Research Centre, dirige l’un des meilleurs laboratoires au monde dans l’étude par imagerie en 4D de neurones individuels, utilisée pour étudier ce processus.
Ces dernières années, le concept de métaplasticité, soit la plasticité de la plasticité synaptique, a pris de l’importance – la métaplasticité prend en compte les stimulis externes ainsi que les antécédents d’activité synaptique pour déterminer les réponses synaptiques.
«Quand les synapses se modifient en réponse à des stimuli externes, les scientifiques ont émis l’hypothèse qu’un processus doit exister pour empêcher les synapses d’aller aux extrêmes avec le temps, quelque chose qui arrêterait le processus de renforcement des synapses fortes, ou d’affaiblissement des synapses faibles, », explique le Dr Haas. «Sans de tels contrôles, les synapses fortes finiraient par atteindre un plafond de force maximale au-delà duquel elles ne pourraient plus répondre à des stimuli supplémentaires, et, théoriquement, aucun nouvel apprentissage ne pourrait avoir lieu.»
Ce «quelque chose» est le processus de métaplasticité. Ses mécanismes permettent de maintenir les forces et réponses synaptiques dans une gamme physiologiquement dynamique, ce qui permet une augmentation ou une diminution de la force de la connexion en réponse à des stimulis ultérieurs.
Si le concept de métaplasticité est difficile à comprendre, l’élaboration d’une méthode scientifique pour étudier ce phénomène l’est encore plus. Mais le Dr Haas a relevé ce défi il y a trois ans en créant un nouveau et puissant système modèle permettant d’étudier la plasticité et les mécanismes de métaplasticité en isolement, ce qui s’avère nécessaire pour démêler les mécanismes moléculaires les uns des autres. Ce faisant, il a fourni certaines des premières preuves que la stimulation visuelle peut induire des changements coordonnés dans des circuits cérébraux en développement.
Récemment, le Dr Haas a fait des progrès encore plus importants en identifiant une cascade moléculaire et un interrupteur moléculaire critique nommé MEF2, un facteur de transcription, qui contrôle cette réponse coordonnée. Lui et son équipe ont également découvert que MEF2 est régulée par une voie impliquant les caspases, qui sont des protéines bien connues qui interviennent dans l’apoptose (une fonction biologique normale de mort cellulaire programmée). Ceci représente un nouveau rôle, non lié à la mort cellulaire, pour les caspases dans le cerveau.
Les résultats de cette étude ont été publiés dans l’édition du 28 Septembre de la revue Cell.
«Nous avons maintenant de nouvelles cibles potentielles à explorer pour leur implication dans les troubles du développement neurologique et pour le développement de nouveaux médicaments ou thérapies pour leur traitement», explique le Dr Haas, qui est également professeur agrégé au Département des sciences cellulaires et physiologiques de UBC. « Cependant, nous devons d’abord comprendre les mécanismes cellulaires et moléculaires par lesquels MEF2 agit pour provoquer ces changements métaplastiques, et trouver les cibles en aval qui règlent directement les seuils de plasticité au niveau des synapses».
Cette étude a été financée par des subventions des Instituts de recherche en santé du Canada, de la Michael Smith Foundation for Health Research, de la Tula Foundation, et de la EJLB Foundation.
Source du texte: UBC Brain Research Center
Crédit photo: Martin Dee, UBC Public Affairs.
Traduction:CAN-ACN
