Des chercheurs ont identifié un nouveau mécanisme de neuroplasticité associé à l'apprentissage et à la mémoire

Les neurones sont importants, mais ils ne sont pas les seuls acteurs du processus. En effet, ce sont les « cartilages », des amas de molécules de la matrice extracellulaire appelées sulfates de chondroïtine situés à l'extérieur des cellules nerveuses, qui jouent un rôle clé dans la capacité du cerveau à acquérir et à stocker des informations.

L'étude, publiée dans la journal Cell Reports décrit un nouveau mécanisme de plasticité cérébrale, ou comment les connexions neuronales changent en réponse à des stimuli externes. L'article s'intitule « Les groupes matriciels péri-synaptiques focaux favorisent la plasticité et la mémoire dépendantes de l'activité chez la souris. »

Ce travail est le résultat d'une collaboration entre la Harvard Medical School, l'Université de Trente et le Centre allemand pour les maladies neurodégénératives (DZNE) de Magdebourg.

"Les capacités sensorielles et la capacité à comprendre notre environnement dépendent de l'activité du cerveau, qui nous permet de percevoir et de traiter les stimuli provenant du monde extérieur. Grâce à notre cerveau, nous sommes capables d'acquérir et de stocker de nouvelles informations, comme ainsi que de nous souvenir des informations que nous avons déjà apprises ", disent Yuri Bozzi et Gabriele Chelini.

"Ce phénomène fascinant est rendu possible par la capacité du cerveau à modifier continuellement la structure et l'efficacité des connexions neuronales (synapses) en réponse à des stimuli externes. Cette capacité est appelée plasticité synaptique. Comprendre comment les changements synaptiques se produisent et comment ils contribuent à l'apprentissage et la mémoire sont l'une des tâches principales de la neurobiologie."

Yuri Bozzi est professeur à l'Université de Trente et co-auteur principal de l'article. Gabriele Chelini est le premier auteur de l'étude. Celini a commencé à travailler sur ce projet en 2017 en tant que chercheur postdoctoral dans le laboratoire dirigé par Sabina Berretta (Hôpital McLean et Harvard Medical School, Boston) et a réalisé la publication scientifique tout en travaillant comme chercheur postdoctoral dans le laboratoire de Bozzi à l'Université de Trente.

L'étude se concentre sur les sulfates de chondroïtine, des molécules bien connues pour leur rôle dans les articulations, qui jouent également un rôle important dans la plasticité cérébrale, car elles font partie intégrante de la matrice extracellulaire du cerveau, comme l'a découvert à l'origine le groupe du Dr Alexander Dityatev. En 2001.

En 2007, une étude japonaise a décrit la présence d'amas ronds de sulfates de chondroïtine dispersés de manière apparemment aléatoire dans le cerveau. Ces travaux furent cependant oubliés jusqu'à ce que le laboratoire de neurobiologie translationnelle de Sabine Berretta ramène ces structures à l'attention de la communauté scientifique, les renommant clusters CS-6 (pour chondroïtine sulfate-6, qui identifie leur composition moléculaire précise) et démontrant que ces structures sont associés aux cellules gliales et sont considérablement réduits dans le cerveau des personnes souffrant de troubles psychotiques.

Puis, en 2017, Gabriele Celini, nouvellement embauché dans le laboratoire de Berretta, a été chargé de découvrir la fonction de ces clusters.

"Nous avons d'abord examiné ces structures en détail, en les visualisant à très haute résolution. Nous avons constaté qu'il s'agissait essentiellement d'amas de synapses recouverts de CS-6 et organisés selon une forme géométrique clairement reconnaissable. Nous avons ensuite identifié un nouveau type de synapses organisation ", disent les scientifiques.

"À ce stade, nous avons dû faire preuve d'une certaine "créativité expérimentale" ; grâce à une combinaison d'approches comportementales, moléculaires et morphologiques sophistiquées, nous avons réalisé que ces composés, encapsulés dans des clusters CS-6, changent en réponse à l'activité électrique dans le cerveau."

"Enfin, grâce à la collaboration avec Alexander Dityatev du DZNE Magdeburg et aux efforts de Hadi Mirzapourdelawar de son groupe, nous avons réduit l'expression de CS-6 dans l'hippocampe (une région du cerveau responsable de l'apprentissage spatial) et démontré que la présence de CS-6 est nécessaire à la plasticité synaptique et à la mémoire spatiale", soulignent Bozzi et Celini.

"Ce travail ouvre la voie à une nouvelle vision du fonctionnement cérébral. Il est possible que toutes les synapses formées sur différents neurones au sein des clusters CS-6 aient la capacité de répondre ensemble à des stimuli externes spécifiques et de participer à une fonction commune visant à processus d'apprentissage et de mémoire " notent-ils.

"Ils semblent représenter un nouveau substrat pour intégrer l'information et former des associations au niveau multicellulaire", ajoutent Dityatev et Berretta.

Ce travail est le résultat d'une collaboration entre plusieurs laboratoires, dont le Laboratoire de Neurobiologie Translationnelle (Sabina Berretta; McLean Hospital - Harvard Medical School, Boston), le Laboratoire de Recherche sur les Troubles Neurodéveloppementaux (Yuri Bozzi; CIMeC - Centre Interdisciplinaire de Science du Cerveau, Université de Trente) et la neuroplasticité moléculaire (Alexander Dityatev; DZNE Magdeburg).