Des scientifiques ont identifié un mécanisme que les neurones utilisent pour réparer les dommages qui se produisent lors de leur activité.
- Une nouvelle voie de réparation de l’ADN dans les neurones a été découverte par les chercheurs.
- Cette découverte met en lumière l’existence d’un complexe protéique qui s’active en réponse aux cassures de l’ADN causées par l’activité neuronale.
- Elizabeth Pollina, chercheuse sur cette étude, a souligné que « des recherches supplémentaires sont nécessaires pour mieux comprendre ce mécanisme et son rôle dans la longévité des neurones. »
Les neurones sont différents des autres types de cellules présents dans le corps car ils ne peuvent ni se régénérer ni se répliquer
Le célèbre adage « Use it or lose it » s’applique à de nombreux aspects de notre vie, de notre condition physique à notre santé mentale, en particulier au fur et à mesure que nous vieillissons. L’utilisation des cellules cérébrales pour maintenir la mémoire et d’autres fonctions cognitives tout au long de la vie n’est pas entièrement bénéfique, car elle endommage également les neurones en causant des cassures dans leur ADN. Les scientifiques se demandent alors comment les neurones peuvent rester sains et fonctionnels tout au long de leur vie alors qu’ils effectuent un travail vital dans le cerveau.
Une équipe de chercheurs de l’École de médecine de Harvard a récemment découvert un nouveau mécanisme de réparation de l’ADN qui se produit exclusivement dans les neurones, qui sont parmi les cellules les plus longues à vivre dans le corps. Cette recherche menée sur des souris et publiée dans la revue Nature, permet d’expliquer comment les neurones continuent de fonctionner malgré leur travail intensif et répétitif.
Découverte d’une nouvelle voie de réparation de l’ADN dans les neurones
Les chercheurs ont découvert qu’un complexe protéique appelé NPAS4-NuA4 est responsable d’une voie de réparation de l’ADN endommagé par l’activité neuronale. Elizabeth Pollina, co-première auteure de l’étude, a souligné qu’ « il reste encore beaucoup de travail à faire pour comprendre pleinement ce mécanisme, mais qu’il semble prometteur pour expliquer comment les neurones maintiennent leur longévité au fil du temps. »
Si les résultats sont confirmés dans des études futures sur des animaux, puis chez l’homme, cela pourrait aider les scientifiques à mieux comprendre comment les neurones se détériorent avec l’âge ou dans les maladies neurodégénératives.
Une incohérence biologique
Les neurones sont différents des autres types de cellules présents dans le corps car ils ne peuvent ni se régénérer ni se répliquer. Pourtant, ils travaillent inlassablement jour après jour, année après année, pour se remodeler en réponse aux signaux de l’environnement, afin de garantir que le cerveau puisse s’adapter et fonctionner tout au long de la vie.
L’activité neuronale est nécessaire pour la performance et la survie des neurones, mais elle est également nuisible à leur ADN
Daniel Gilliam, co-premier auteur de l’étude et étudiant diplômé du Programme de neuroscience de l’HMS
Pour permettre le remodelage, les neurones activent de nouveaux programmes de transcription génétique dans le cerveau. Ces programmes permettent la transformation de l’ADN en instructions pour assembler les protéines. Toutefois, cette transcription active expose l’ADN à des cassures, ce qui endommage les instructions génétiques nécessaires à la production de protéines essentielles au fonctionnement cellulaire.
Pour permettre le remodelage, les neurones activent de nouveaux programmes de transcription génétique dans le cerveau
Daniel Gilliam, co-premier auteur de l’étude et étudiant diplômé du Programme de neuroscience de l’HMS, a souligné cette contradiction biologique : « l’activité neuronale est nécessaire pour la performance et la survie des neurones, mais elle est également nuisible à leur ADN. »
C’est pourquoi les chercheurs se sont intéressés aux mécanismes spécifiques que les neurones pourraient utiliser pour atténuer ces dommages et permettre le traitement de l’information tout au long de la vie. Elizabeth Pollina, co-première auteure de l’étude, a déclaré que « leur recherche visait à comprendre comment le cerveau parvient à équilibrer les avantages et les coûts de l’activité neuronale. »
L’équipe s’est intéressée à NPAS4, un facteur de transcription spécifique des neurones, qui a été découvert en 2008 par le laboratoire de Michael Greenberg. NPAS4 régule l’expression de gènes dépendants de l’activité pour contrôler l’inhibition dans les neurones excitateurs en réponse aux stimuli externes.
Greenberg, le professeur de neurobiologie Nathan Marsh Pusey à l’Institut Blavatnik de l’HMS et auteur principal de l’étude, a expliqué que « la présence de NPAS4 dans les neurones avait été un mystère pour les chercheurs, car elle n’existe pas dans d’autres types de cellules. » Pollina a ajouté que « NPAS4 était principalement activé dans les neurones en réponse à une activité neuronale élevée, stimulée par des changements dans l’expérience sensorielle. »
Dans la nouvelle étude, les chercheurs ont mené des expériences sur des souris pour comprendre les fonctions du facteur de transcription NPAS4. Ils ont découvert que NPAS4 faisait partie d’un complexe de 21 protéines, appelé NPAS4-NuA4, qui se lie à des sites de l’ADN neuronal très endommagés. Lorsque les composants du complexe étaient inactivés, cela entraînait plus de cassures d’ADN et moins de recrutement de facteurs de réparation. De plus, les sites où le complexe était présent accumulaient des mutations plus lentement que les sites sans le complexe. Les souris ne possédant pas le complexe NPAS4-NuA4 dans leurs neurones avaient également des durées de vie significativement raccourcies.
Pollina a expliqué que « leur découverte montre que ce facteur joue un rôle critique dans la mise en place d’une nouvelle voie de réparation de l’ADN qui peut prévenir les cassures qui se produisent en même temps que la transcription dans les neurones activés. »
Selon Gilliam, « il s’agit d’une couche supplémentaire de maintenance de l’ADN qui est intégrée à la réponse neuronale à l’activité, offrant ainsi une solution potentielle au problème selon lequel une activité neuronale suffisante est nécessaire pour maintenir la santé et la longévité neuronales, mais que l’activité elle-même est dommageable. »
Une vision plus large
Maintenant que les chercheurs ont identifié le complexe NPAS4-NuA4 et ont exposé les bases de son fonctionnement, ils envisagent de nombreuses directions futures pour leur travail. Pollina souhaite prendre une vue plus large en explorant la façon dont le mécanisme varie selon les espèces à vie plus ou moins longue. Elle veut également étudier s’il existe d’autres mécanismes de réparation de l’ADN, dans les neurones et dans d’autres cellules, et comment ces mécanismes fonctionnent et dans quels contextes ils sont utilisés.
« Je pense que cela ouvre l’idée que tous les types de cellules dans le corps spécialisent probablement leurs mécanismes de réparation en fonction de leur durée de vie, des types de stimuli qu’ils voient et de leur activité transcriptionnelle », a déclaré Pollina. « Il y a probablement de nombreux mécanismes de protection du génome dépendant de l’activité que nous avons encore à découvrir. »
Greenberg est désireux d’approfondir les détails du mécanisme pour comprendre ce que chaque protéine dans le complexe fait, quelles autres molécules sont impliquées et comment exactement le processus de réparation est effectué.
Une prochaine étape, a-t-il déclaré, consiste à reproduire les résultats dans les neurones humains, un travail qui est déjà en cours dans son laboratoire. « Je pense qu’il y a des preuves tentantes que cela est pertinent pour les humains, mais nous n’avons pas encore cherché dans les cerveaux humains pour trouver les sites et les dommages », a-t-il déclaré. « Il se peut que ce mécanisme soit encore plus répandu dans le cerveau humain, où vous avez tellement plus de temps pour que ces cassures se produisent et que l’ADN soit réparé. » Si confirmés chez l’homme, ces résultats pourraient apporter des éclaircissements sur la manière dont et pourquoi les neurones se détériorent avec l’âge et lorsqu’on développe des maladies neurodégénératives telles que la maladie d’Alzheimer. Cela pourrait également aider les scientifiques à élaborer des stratégies pour protéger d’autres régions du génome neuronal qui sont sujettes à des dommages ou pour traiter les troubles dans lesquels la réparation de l’ADN dans les neurones ne se déroule pas correctement.
SOURCE : SciTechDaily
Traduit de l’anglais
