Prix Cerveau en tête: Justine Hansen

Le rôle des récepteurs de neurotransmetteurs dans la structure et la fonction du cerveau humain

Les neurones du cerveau transmettent des signaux à d’autres cellules en libérant des molécules appelées neurotransmetteurs qui se lient à des récepteurs spécifiques. Ces récepteurs assurent le transfert et la propagation des impulsions électriques d’un neurone à l’autre, ce qui permet aux cellules cérébrales de communiquer. Une nouvelle étude dirigée par Justine Hansen, de l’université McGill, a utilisé des méthodes informatiques avancées pour rassembler des données provenant de scanners cérébraux (tomographie par émission positive, ou TEP) de plus de 1 200 personnes en bonne santé, afin de construire un atlas 3D du cerveau entier de 19 récepteurs et transporteurs de neuf systèmes de neurotransmetteurs différents. Cette entreprise impressionnante montre que la carte des récepteurs est une couche clé dans l’organisation multi-échelle du cerveau et révèle comment les signaux chimiques (neurotransmetteurs) contribuent à façonner l’architecture et la fonction cérébrales.

En effet, les chercheurs ont trouvé un lien étroit entre la distribution des récepteurs de neurotransmetteurs et la structure et la fonction du cerveau, ce qui souligne le rôle important des neurotransmetteurs dans la formation du cerveau. En utilisant l’IRM pondérée en diffusion et l’IRMf, ils montrent que les densités de récepteurs de neurotransmetteurs suivent les principes d’organisation des connectomes structurels et fonctionnels du cerveau. En outre, ils constatent que les densités de récepteurs de neurotransmetteurs façonnent la dynamique neuronale oscillatoire dérivée de la magnétoencéphalographie (MEG).

Pour déterminer comment la distribution des récepteurs de neurotransmetteurs affecte la cognition et la maladie, ils ont analysé la distribution des récepteurs dans 13 troubles neurologiques, psychiatriques et neurodéveloppementaux (pour N=21 000 patients contre N=26 000 témoins), mettant en évidence des liens spécifiques entre les récepteurs et les troubles. Ils ont validé ces résultats et étendu la portée de l’étude à d’autres récepteurs en utilisant un ensemble de données sur les récepteurs collectées de manière indépendante. Dans l’ensemble, cette étude a utilisé des données provenant de méthodes expérimentales multiples, à différentes échelles, afin de caractériser de manière robuste la façon dont les récepteurs de neurotransmetteurs façonnent la structure et la fonction du cerveau, tant dans la santé que dans la maladie.

Ces travaux ont également permis de cartographier les récepteurs en fonction des changements structurels spécifiques à une maladie dans un large éventail de troubles. Une étape clé dans le développement de thérapies pour des syndromes spécifiques est de les cartographier de manière fiable sur les systèmes neuronaux sous-jacents. Cet objectif est difficile à atteindre car la classification psychiatrique et neurologique repose sur des caractéristiques cliniques plutôt que sur des mécanismes neurobiologiques. Ces résultats complètent certaines associations précédemment établies entre les troubles et les systèmes de neurotransmetteurs, et en révèlent de nouvelles, qui aideront à identifier de nouvelles cibles pour la pharmacothérapie.

Les données générées par cette étude ont été rendues publiques dans le cadre d’un vaste effort international de science ouverte visant à cartographier le cerveau humain afin de mieux comprendre son fonctionnement. L’approche globale de cette étude met en évidence de nouvelles associations qui n’avaient peut-être pas été envisagées auparavant. Cette caractérisation à grande échelle des systèmes récepteurs inspirera, nous l’espérons, de futures études, alimentant ainsi le cycle de la découverte. Dans l’ensemble, ces données et analyses fournissent un cadre permettant de tester les prédictions de la littérature générale et de consolider les connaissances sur les systèmes de neurotransmetteurs.

À propos de Justine Hansen

Justine Hansen a réalisé cette étude en tant qu’étudiante en doctorat dans le laboratoire de neurosciences en réseau, dirigé par le Dr Bratislav Misic à l’Institut neurologique de Montréal. Elle s’intéresse à la façon dont les récepteurs de neurotransmetteurs façonnent la structure et la fonction du cerveau, mais à l’époque, il n’existait pas d’ensemble de données complet sur les récepteurs multiples. Justine Hansen et le Dr Misic ont donc commencé à contacter les chercheurs qui étudient les systèmes de récepteurs de neurotransmetteurs afin de rassembler des données provenant de plusieurs sites et de plusieurs personnes. Cet effort a débuté au niveau local (par exemple, à l’Université McGill et à l’Université du Québec à Montréal), puis s’est étendu à d’autres provinces (par exemple, à l’Université Western et à l’Université d’Ottawa), à la frontière américaine (à l’Université de Yale) et, enfin, à l’autre bout de l’océan (par exemple, à l’Hôpital universitaire de Turku, à l’Université de Cambridge et au King’s College de Londres). Justine a dirigé cette collaboration de partage de données qui a débouché sur un atlas humain multirécepteurs à source ouverte de la distribution des récepteurs. Elle a ensuite mis en correspondance les récepteurs avec la structure, la fonction, la dynamique, la cognition et la maladie du cerveau. Dans l’ensemble, avec le soutien de son superviseur et de ses collaborateurs, Justine Hansen a mené une caractérisation complète de la façon dont les systèmes de récepteurs s’intègrent dans le reste du cerveau.

Sources de financement

Conseil de recherches en sciences naturelles et en ingénierie du Canada (CRSNG)

Fonds de reserches de Quebec (FRQ-NT)

Helmholtz International BigBrain Analytics & Learning Laboratory (HIBALL)