Construire le cerveau une cellule à la fois_Roth

Roth Marie
Présentation de Marie
Semaine d'étude Biologie et Médecine
Du 14 Mars au 19 Mars 2016
Construire le cerveau, une cellule à la fois
Introduction
Le laboratoire du Pr Denis Jabaudon étudie les mécanismes de construction des circuits lors du
développement du cerveau et en particulier du cortex. Le cortex cérébral contrôle nos interactions
conscientes avec le monde qui nous entoure. Cette région du cerveau est composée de nombreux
types de neurones qui s'assemblent précisément au cours du développement pour former des circuits
permettant nos perceptions et nos actions. Son équipe souhaite comprendre comment les différents
types de neurones sont programmés génétiquement pendant le développement pour s’assembler en
circuits, et comment reprogrammer ces neurones pour rediriger leur connections et permettre une
récupération fonctionnelle dans les maladies neurodégénératives. Une maladie neurodégénérative
correspond à une pathologie progressive qui affecte le cerveau ou plus globalement le système
nerveux, entraînant la mort des cellules nerveuses. Les plus célèbres et les plus fréquentes sont la
maladie d’Alzheimer et la maladie de Parkinson.
Matériel et méthodes
Pour étudier le développement du cortex, la stratégie expérimentale du laboratoire consiste à
manipuler les gènes de souris et à observer ce qui se passe en suite.
Le gène considéré est introduit dans les cellules de la souris à un certain stade de son
développement embryonnaire ou après la naissance. Pour ce faire, le gène est inséré dans un
plasmide lui-même introduit dans certaines cellules cérébrales de l'animal. Un plasmide est une
molécule d‘ADN circulaire que l‘on peut modifier. Au plasmide est également souvent rajouté un
gène codant pour une protéine fluorescente comme le gène GFP.
On utilise une PCR (Polymerase Chain Reaction) pour démultiplier la quantité du gène d’intérêt. A
95°C, les liaisons faibles qui assuraient la cohésion de la double hélice d'ADN sont rompues pour
donner deux simples brins d'ADN. C'est la dénaturation. Les amorces s'attachent par l'appariement
des bases complémentaires. Les amorces hybridées à l'ADN servent de point de départ (comme leur
nom l'indique), à la polymérisation du brin d'ADN complémentaire de l'ADN matrice. La
polymérisation se fait par ajout successif des nucléotides. Chaque base ajoutée est complémentaire
de la base correspondante du brin matrice.
Les ADN polymérases sont des enzymes qui synthétisent l'ADN. La polymérisation ne s'arrête pas
lorsque la copie est de la longueur souhaitée. La copie de l'ADN initial génère donc des copies plus
longues que souhaité. On recommence le processus plusieurs fois pour arriver à avoir la copie
intéressante.
Schéma de la PCR
Pour introduire le plasmide, deux méthodes sont utilisées :
• L'électroporation permet d'introduire le plasmide, dans le cortex en particulier, grâce à des
impulsions électriques faibles et brèves qui ouvrent les pores des cellules.
• La stéréotaxie, quant à elle, est utilisée uniquement sur l'animal après sa naissance et permet
de viser une zone plus profonde du cerveau sans endommager les autres.
Le gène peut être inséré par l‘intermédiaire du plasmide dans les progéniteurs neuronaux (des
cellules qui vont donner les neurones) au stade embryonnaire. Les neurones du cortex issus de
progéniteurs neuronaux se forment du bas vers le haut, couche par couche, le cortex étant constitué
de 6 couches (et plusieurs sous-couches).
Le cerveau de la souris est ensuite étudié au microscope pour observer les modifications
engendrées le gène. Le cerveau est étudié à différents stades de son développement embryonnaire
ou post-natal.
Pour découper le cerveau en lamelles ultra-fines observables au microscope, on utilise le cryostat.
Le gène fluorescent permet de repérer les cellules qui contiennent le gène d’intérêt et d'observer de
possibles altérations de migration.
Résultats
L'introduction d'un gène ou la modification de son expression peut altérer la migration des neurones
lors de la formation du cortex. Sur la photographie de droite, les neurones modifiés n'ont pas migré.
Grâce à ces expériences, le laboratoire a pu montrer que le type de neurones et les connections
qu‘ils forment sont causées par des interactions précises entre gènes et environnement. Un
mécanisme par lequel les informations sensorielles agissent sur l‘expression des gènes des
neurones, sur les circuits qu‘ils forment et sur leur fonction dans la perception de l‘environnement a
pu être identifié.
L'ensemble des techniques utilisées dans le laboratoire permet d’avoir une meilleure compréhension
des mécanismes moléculaires impliqués dans le développement des différents circuits. Mais la
grande diversité moléculaire et la complexité des circuits neuronaux explique qu’à ce jour les
maladies neurologiques et psychiatriques restent pour la plus grande majorité encore incurables.
Sur la photographie de gauche, les neurones ont bien migré, la migration est normale.
Sur la photographie de droite, la migration est altérée
Remerciements.
Je tiens à remercier le professeur Denis Jabaudon de m’avoir accueillie dans son laboratoire,
Audrey Benoit de m’avoir accompagnée et guidée toute la semaine ainsi que les membres du
laboratoire pour avoir répondu à mes questions et m’avoir montré leurs expériences très
enrichissantes.
Mes remerciements s’adressent également à la Science appelle les jeunes pour l’organisation de
cette semaine d’étude passionnante.