Prix Cerveau en tête 2021: Dr Xuming Yin

Comprendre la base du retard d’apprentissage moteur dans un modèle d’autisme chez la souris

Les enfants atteints de troubles du spectre de l’autisme (TSA) présentent des symptômes fondamentaux bien caractérisés, tels que des interactions sociales altérées, une communication perturbée et des comportements stéréotypés. Ces enfants présentent également souvent des retards dans l’atteinte des étapes du développement moteur telles que la marche à quatre pattes, la marche et la parole. Cependant, on sait peu de choses sur les mécanismes neuronaux qui sous-tendent ces déficits moteurs. Dans cette étude, le Dr Xuming Yin, boursier post-doctoral à l’Université d’Ottawa, a découvert que les souris présentant une délétion du chromosome 16p11.2, un facteur de risque génétique important dans le développement des TSA, présentent également un retard dans l’apprentissage moteur sans pour autant présenter de déficits de motricité globale. Leur étude a démontré que des neurones spécifiques du cortex moteur présentaient une activité anormalement élevée et synchronisée pendant la phase initiale de l’apprentissage et que la réorganisation des épines neuronales, qui sont des structures associées à l’apprentissage, était retardée, et que les neurones à neuradrénaline jouaient un rôle important dans ce processus.

Le Dr Xuming Yin a combiné une approche de système à circuit avec l’imagerie à deux photons in vivo et a démontré que les neurones excitateurs du cortex moteur présentaient une activité anormalement élevée et synchronisée, et que le processus de réorganisation des épines dendritiques induit par l’apprentissage, qui est la base structurelle associée à l’apprentissage, était retardé. Le Dr Yin a également identifié un rôle important de la noradrénaline dans le retard de l’apprentissage moteur chez les souris à délétion 16p11.2. Il a révélé que le nombre de neurones actifs de noradrénaline dans une zone du cerveau appelée locus coeruleus pendant l’apprentissage moteur était considérablement réduit chez les souris avec délétion 16p11.2. Il est remarquable qu’en augmentant l’activité de cette population de neurones à l’aide d’outils pharmacogénétiques, il ait pu rétablir la synchronisation élevée des neurones, la réorganisation retardée des épines et l’apprentissage moteur. Ces résultats ont révélé un rôle inattendu de la neuromodulation de la noradrénaline dans l’amélioration de l’apprentissage moteur retardé chez les souris modèles de TSA.

Cet article fait progresser de manière significative les méthodes d’étude des TSA et les mécanismes cellulaires et circulatoires qui sous-tendent ces troubles. En réalisant des images de l’activité neuronale pendant que les souris apprenaient une tâche motrice spécifique, il a pu visualiser l’activité de centaines de neurones et relier cette activité au comportement d’apprentissage. Cela a permis d’identifier des anomalies dans le cerveau des souris ayant une délétion de 16p11.2, ce qui offre une perspective unique sur le lien entre l’activité neuronale et la réorganisation des épines qui contribuent aux résultats comportementaux. Enfin, cette étude montre pour la première fois que la modulation de la noradrénaline est cruciale pour réguler la plasticité liée à l’apprentissage dans le cortex moteur dans les TSA.

En résumé, ces résultats révèlent un rôle important des neurones à noradrénaline dans l’apprentissage moteur et fournissent une direction dans le développement de stratégies thérapeutiques pour les dysfonctionnements liés à la motricité dans les TSA. Une exploration plus poussée des différentes populations cellulaires du locus coeruleus à l’aide d’outils modernes de dissection des circuits éclairera l’élaboration de stratégies thérapeutiques visant à contrer les dysfonctionnements des circuits neuronaux associés aux TSA.

Dr Xuming Yin

Le Dr Xuming Yin a effectué ce travail en tant que boursier postdoctoral dans le laboratoire du Dr Simon Chen à l’Université d’Ottawa. Il a combiné une tâche d’apprentissage moteur avec des expériences d’imagerie in vivo à deux photons pour visualiser l’activité de centaines de neurones pendant que les souris acquièrent de nouveaux mouvements moteurs. Cela lui a permis d’analyser précisément la relation entre la performance du comportement et l’activité neuronale pendant l’apprentissage. Il a également utilisé des outils pharmacogénétiques et a identifié la noradrénaline comme un acteur clé régulant le rythme de l’apprentissage moteur chez les souris à délétion 16p11.2. Le Dr Yin a réalisé la plupart des travaux expérimentaux et des analyses de données, a préparé les figures et a rédigé le manuscrit. Le Dr Simon Chen a fourni des conseils sur la conception expérimentale et l’analyse des données, et a participé à la rédaction du manuscrit.

Sources de financement :

Cette étude a été financée par la Chaire de recherche du Canada (CRC) (subvention no 950-231274), les Instituts de recherche en santé du Canada (IRSC) (subvention no 153254), le Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie du Canada (CRSNG) (subvention no 05308), la Simons Foundation, la Scottish Rite Charitable Foundation et la Brain & Behavior Research Foundation (NARSAD) (subvention no 27177).