Voir le cerveau penser

L'imagerie par Résonance Magnétique (IRM) permet depuis une vingtaine d'année de produire des images de l'anatomie ‘statique' du cerveau, c'est-à-dire des coupes virtuelles montrant les détails des structures cérébrales (matière grise, matière blanche) avec une précision millimétrique. Cette imagerie ‘anatomique' est utilisée par les radiologues pour la détection et la localisation de lésions cérébrales. Plus récemment, l'IRM est aussi devenue ‘fonctionnelle' (IRMf), montrant l'activité des différentes structures qui composent notre cerveau. L'imagerie neurofonctionnelle par IRMf repose sur deux concepts fondamentaux. Le premier, soupçonné depuis l'Antiquité mais clairement mis en évidence au siècle dernier par les travaux du chirurgien français Paul Broca, est que le cerveau n'est pas un organe homogène, mais que chaque région est plus ou moins spécialisée dans sa fonction. Le deuxième, suggéré par l'anglais Sherrington à la fin du siècle dernier, est que les régions cérébrales actives à un moment donné voient leur débit sanguin augmenter. C'est cette augmentation locale et transitoire de débit sanguin, et non directement l'activité des neurones, qui peut être détectée par l'IRMf et par la caméra à émission de positons (autre méthode d'imagerie neurofonctionnelle). En pratique, il suffit donc d'acquérir des images représentant le débit sanguin en chaque point de notre cerveau quand il exécute une tâche particulière (motrice, sensorielle, cognitive,...) et dans une condition de référence neutre. A l'aide d'un traitement informatique de ces images, on peut extraire les régions cérébrales pour lesquelles le débit sanguin a changé entre la condition de contrôle et l'exécution de la tâche et en déduire que ces régions ont participé à cette tâche. Ces régions sont reportées en couleurs sur l'anatomie cérébrale sous-jacente. Bien que l'imagerie neurofonctionnelle, aujourd'hui, ne permette pas de descendre à l'échelle des neurones, les exemples rassemblés dans ces pages tendent à montrer que les circuits cérébraux utilisés par l'activité de ‘pensée' sont communs avec ceux utilisés par des processus de perception ou d'action réels. Ce résultat n'est pas surprenant a priori, si on considère que certaines formes de pensée (créer et voir une image mentale, imaginer une musique, inventer une histoire, évoquer des souvenirs...) ne sont autres que des simulations ou reproductions internes d'évènements que nous avons vécus ou que nous pourrions vivre. Au delà de l'identification des régions impliquées dans les processus cognitifs, des travaux en cours laissent présager qu'un jour nous pourrions peut-être même avoir accès en partie à la nature de l'information traitée par les différentes régions de notre cerveau, et donc, d'une certaine manière, à une petite fraction du contenu de nos pensées...

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Role du trafic membranaire dans la morphogenèse neuronale

Le trafic membranaire est à la base des processus sécrétoires des cellules neuronales et non-neuronales mais son rôle dans l'établissement dans la différenciation neuronale est encore mal établi. Notre objectif est de comprendre comment le trafic membranaire, plus particulièrement l'exocytose et l'endocytose, participent à la morphogenèse neuronale. L'importance des protéines SNAREs dans l'exocytose et dans chaque étape du trafic membranaire est maintenant bien établie. Dans les neurones, la voie d'exocytose des vésicules synaptiques, responsable de la libération des neurotransmetteurs, met en jeu la protéine vésiculaire synaptobréviné 2 (ou VAMP 2, un v-SNARE) qui forme un complexe avec ses SNAREs cibles à la membrane plasmique : SNAP25 et la syntaxine 1, qui, ensemble, forment le t-SNARE). La formation du complexe v-/t-SNARE permet la fusion des bicouches lipidiques de la membrane vésiculaire et de la membrane plasmique 1. Dans l'équipe, nous avons mis en évidence Tetanus neurotoxin Insensitive-VAMP (TI-VAMP) un nouveau membre de la famille VAMP/brévine. Contrairement aux VAMPs 1, 2, et 3 qui sont clivées par la toxine tétanique et les neurotoxines botuliques B, D, F et G, TI-VAMP est insensible aux neurotoxines 2. Nous avons montré précédemment que TI-VAMP se concentre à l'extrémité des cônes de croissance de l'axone et des dendrites 3 et est impliquée dans la croissance neuritique dans les cellules PC12 et les neurones. En effet, l'expression de l'extrémité amino-terminale de TI-VAMP appelé domaine Longin 4 inhibe la croissance neuritique alors que l'expression d'une forme délétée du domaine Longin l'active 5,6. Nous montrons que le domaine Longin contrôle la capacité de TI-VAMP de former des complexes SNAREs avec SNAP25 et syntaxin1 et régule la localisation de TI-VAMP en intéragissant avec l'adaptateur de la clathrine AP-3. En conséquence, ce domaine contrôle simultanément l'activité de TI-VAMP et son ciblage. De plus, l'extinction de l'expression de TI-VAMP par interférence d'ARN bloque la croissance neuritique dans les cellules PC12 et les neurones. Nos résultats récents montrent que TI-VAMP est impliquée dans le trafic de la protéine d'adhésion cellulaire L1 et dans l'adhésion dépendante de L1. L1 est un membre de la superfamille des protéines à domaines immunoglobulines qui a été impliqué dans le développement du cerveau et dont des mutations entraînent des malformations cérébrales 7. Par ailleurs, nous montrons que l'adhésion dépendante de L1 contrôle le trafic membranaire dépendant de TI-VAMP, établissant ainsi une convergence entre trafic membranaire et adhésion cellulaire. L'ensemble de ces résultats démontre que la voie de trafic membranaire dépendante du v-SNARE TI-VAMP joue un rôle fondamental dans la morphogenèse neuronale.

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phosphorylation et mémoire.

Le prix Nobel 2000 honore la neurobiologie, en récompensant le travail de trois chercheurs qui, chacun avec des approches et des styles très différents, ont fait progresser de manière considérable notre connaissance des communications cellulaires dans le système nerveux (ici Greengard à gauche, Krepel à droite). Le troisième, Arvid Carlsson, qui a fait l'objet d'une émission précédente, (canalweb.net le 17/11/00) a découvert le rôle de la dopamine comme neurotransmetteur dans le cerveau. Ceci a ouvert la voie à la compréhension du rôle physiologique de cette monoamine, qui va du contrôle du mouvement à celui de la mémoire de travail et des systèmes de récompense. Cette découverte a aussi permis la mise en évidence du déficit en dopamine dans la maladie de Parkinson et son implication possible dans plusieurs affections neuropsychiatriques.

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L'Interférence par l'ARN et son utilisation chez les mammifères

1ere partie La découverte de l'interférence par l'ARN est l'une des grandes aventures de la biologie de ces dernières années. C'est à travers des études menées dans des organismes très variés : plantes, champignon, la levure S. pombe, le nématode C. elegans et la drosophile que les grandes lignes de ce mécanisme ont pu être caractérisées. En effet, l'interférence par l'ARN existe chez la plupart des organismes eucaryotes. Si l'existence de régulations génétiques inattendues avait été observée chez les plantes dès 1990, c'est en 1998 que A. Fire a décrit que ces régulations étaient induites par la présence d'ARN double brin dans les cellules. Le mécanisme implique deux grandes étapes, les molécules d'ARN sont d'abord transformées en petits fragments d'ARN double brin d'une vingtaine de nucléotides par une enzyme de la famille des RNase III, dicer, puis l'un de ces brin est incorporé dans un complexe protéique RISC (RNA Induced Silencing Complex) dans lequel il sert de guide pour la reconnaissance des séquences cibles. Si l'appariement avec la cible est parfait ou presque parfait (c'est à dire ne comprend qu'un ou deux misappariements) alors le complexe RISC coupera de manière endonucléolytique l'ARN cible. C'est cette activité de nucléase spécifique de séquence qui constitue l'élément central de l'interférence par l'ARN. L'introduction d'ARN double brin permet donc de reprogrammer sur une cible choisie par l'expérimentateur une activité nucléase normalement présente dans les cellules. Il devient dès lors possible d'inhiber l'expression de n'importe quel gène du moment que l'on connaît sa séquence. Dans le cas des mammifères l'existence d'autres réponses aux ARN double brin (induction de la kinase PKR et de l'oligoA synthétase) limite l'utilisation de molécules d'ARN double brin de grande taille à quelques situations particulières comme les cellules souches embryonnaires. Par contre, du fait de leur petite taille, les petits ARN interférants n'induise pas (ou très peu ces réponses supplémentaires et c'est donc avec des molécules de ce type qu'il est possible d'induire l'interférence dans les cellules de mammifère. En fait, l'interférence par l'ARN ne constitue que l'un des volets d'une famille de régulations de l'expression génétique contrôlées par de petits ARN. Ainsi, si l'appariement avec l'ARN cible conduit à la formation d'une bulle centrale, l'expression du gène ciblé n'est plus bloquée par dégradation de l'ARN messager mais par inhibition de la traduction. Ce mécanisme est probablement très proche de celui de l'interférence par l'ARN et constitue une autre voie pour contrôler sur l'expression génétique. 2ème partie : Dans la deuxième partie de cette émission, sont discutés les aspects « applications » de la technologie, avec un fort accent sur les applications chez les mammifères. La première partie porte sur les aspects pratiques, en particulier la longueur et la séquence cible du siRNA, la spécificité de l'inhibition et les différentes possibilités technologiques (siRNAs synthétiques et siRNA plasmidiques). Ensuite deux grands axes d'applications sont évoqués. Dans le premier, on met en évidence la fonction, inconnue, du produit d'un gène donné (un gène, quelles fonctions ? ). Dans le deuxième, on veut caractériser, par des approches « haut-débit » l'ensemble des gènes participant à une fonction (une fonction, quels gènes ?). Enfin, la dernière partie de l'émission porte sur ce que l'on peut imaginer des applications thérapeutiques chez l'homme.

Voir les programmes de la collection :

MECANISMES FONDAMENTAUX DE LA BIOLOGIE

•Contrôle du développement du pancréas endocrine
•L'apoptose ou la mort cellulaire programmée
•L'apoptose, son utilité et ses désordres
•L'Interférence par l'ARN et son utilisation chez les mammifères
•Le cycle cellulaire et la régénération du foie
•Le miniglucagon : Nouveau régulateur local de l'îlot de Langerhans
•phosphorylation et mémoire.

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