Découverte d'un neurone maître qui contrôle le mouvement des vers, important pour traiter les humains

Des chercheurs de Sinai Health et de l'Université de Toronto ont découvert un mécanisme dans le système nerveux du petit ver rond C. Elegans qui pourrait avoir des implications importantes pour le traitement des maladies humaines et le développement de la robotique.

L'étude, dirigée par Mei Zhen et ses collègues de l'Institut de recherche Lunenfeld-Tanenbaum, a été publiée dans Science Advances et révèle le rôle clé d'un neurone spécifique appelé AVA pour contrôler la capacité du ver à basculer entre avancer et reculer.

Il est extrêmement important que les vers rampent vers les sources de nourriture et se retirent rapidement du danger. Ce comportement, lorsque deux actions s'excluent mutuellement, est typique de nombreux animaux, y compris les humains, qui ne peuvent pas s'asseoir et courir en même temps.

Les scientifiques croient depuis longtemps que le contrôle des mouvements chez les vers s'obtient grâce à de simples actions mutuelles de deux neurones : AVA et AVB. On pensait que le premier favorisait le mouvement vers l'arrière et le second vers l'avant, chacun supprimant l'autre pour contrôler la direction du mouvement.

Cependant, de nouvelles données de l'équipe de Zhen remettent en question cette notion, révélant une interaction plus complexe dans laquelle le neurone AVA joue un double rôle. Non seulement il arrête immédiatement le mouvement vers l'avant en supprimant l'AVB, mais il maintient également la stimulation AVB à long terme pour assurer une transition en douceur vers l'avant.

Cette découverte met en évidence la capacité du neurone AVA à contrôler finement le mouvement à travers différents mécanismes en fonction de différents signaux et sur différentes échelles de temps.

« D'un point de vue technique, il s'agit d'une conception très rentable », déclare Zhen, professeur de génétique moléculaire à la faculté de médecine Temerty de l'Université de Toronto. "Une suppression forte et soutenue du circuit de rétroaction permet aux animaux de réagir à des conditions défavorables et de s'échapper. Dans le même temps, le neurone de contrôle continue de fournir du gaz constant au circuit aller pour se déplacer vers des endroits sûrs."

Jun Meng, un ancien doctorant du laboratoire de Zhen qui a dirigé l'étude, a déclaré que comprendre comment les animaux effectuent la transition entre des états moteurs aussi opposés est essentiel pour comprendre comment les animaux se déplacent, ainsi que pour mener des recherches sur les troubles neurologiques. p>

La découverte du rôle dominant du neurone AVA offre un nouvel aperçu des circuits neuronaux que les scientifiques étudient depuis l'avènement de la génétique moderne, il y a plus d'un demi-siècle. Le laboratoire de Zhen a utilisé avec succès une technologie de pointe pour moduler avec précision l'activité de neurones individuels et enregistrer les données de vers vivants en mouvement.

Zhen, également professeur de biologie cellulaire et systémique à la Faculté des arts et des sciences de l'Université de Toronto, souligne l'importance de la collaboration interdisciplinaire dans cette recherche. Meng a mené les expériences clés et les enregistrements électriques des neurones ont été réalisés par Bing Yu, Ph.D., étudiant dans le laboratoire de Shanban Gao à l'Université des sciences et technologies de Huazhong en Chine.

Tosif Ahmed, ancien chercheur postdoctoral dans le laboratoire de Zhen et aujourd'hui chercheur théorique au campus de recherche HHMI Janelia aux États-Unis, a dirigé la modélisation mathématique qui était importante pour tester les hypothèses et générer de nouvelles connaissances.

AVA et AVB ont des plages de potentiel et des dynamiques de membrane différentes. Source : Avancées scientifiques (2024). DOI : 10.1126/sciadv.adk0002

Les résultats de l'étude fournissent un modèle simplifié pour étudier comment les neurones peuvent orchestrer de multiples rôles dans le contrôle des mouvements, un concept qui peut être appliqué aux conditions neurologiques humaines.

Par exemple, le double rôle de l'AVA dépend de son potentiel électrique, qui est régulé par des canaux ioniques à sa surface. Zhen étudie déjà comment des mécanismes similaires pourraient être impliqués dans une maladie rare connue sous le nom de syndrome CLIFAHDD, provoquée par des mutations dans des canaux ioniques similaires. Les nouvelles découvertes pourraient également éclairer le développement de systèmes robotiques plus adaptatifs et efficaces, capables d'effectuer des mouvements complexes.

« Depuis les origines de la science moderne jusqu'à la recherche de pointe aujourd'hui, des organismes modèles tels que C. Elegans jouent un rôle important dans la compréhension de la complexité de nos systèmes biologiques », a déclaré Anne-Claude Gingras, directrice de l'Institut de recherche Lunenfeld-Tanenbaum. Et vice-président de la recherche chez Sinai Health. "Cette recherche est un excellent exemple de la manière dont nous pouvons apprendre des animaux simples et appliquer ces connaissances pour faire progresser la médecine et la technologie."