Des chercheurs de l’Université du Wisconsin-Madison ont identifié une protéine essentielle au développement d’un type de cellule cérébrale censée jouer un rôle dans des maladies telles que la maladie d’Alzheimer et la maladie de Parkinson, et ont utilisé cette découverte pour la première fois pour créer des neurones à partir de cellules souches. cellules à reproduire.
Les neurones à noradrénaline dérivés de cellules souches du type trouvé dans une partie du cerveau humain appelée locus coeruleus pourraient permettre la recherche sur de nombreuses maladies psychiatriques et neurodégénératives et fournir un outil pour développer de nouveaux traitements.
Yunlong Tao, chercheur à l’Université de Nanjing en Chine et professeur-chercheur au Waisman Center de l’UW-Madison au moment où l’étude a été menée, et Su-Chun Zhang, professeur de neurosciences et de neurologie à l’UW-Madison, ont publié leurs travaux sur les cellules. qu’ils appellent neurones LC-NE, dans le journal d’aujourd’hui Biotechnologie naturelle.
Les neurones norépinéphrines du locus coeruleus régulent la fréquence cardiaque, la tension artérielle, l’éveil, la mémoire, l’attention et les réponses de « combat ou de fuite ». Les humains possèdent environ 50 000 neurones LC-NE dans le cerveau postérieur, où se trouve le locus coeruleus. De là, les neurones LC-NE atteignent toutes les parties du cerveau et de la moelle épinière.
« Les neurones noradrénaline du locus coeruleus sont vitaux. Nous l’appelons le centre de la vie », explique Zhang. « Sans ces neurones, nous aurions probablement disparu de la Terre. »
Ces neurones jouent également un rôle, bien que méconnu, dans diverses maladies neurodégénératives et neuropsychiatriques. Dans de nombreuses maladies neurodégénératives telles que la maladie d’Alzheimer et la maladie de Parkinson, les neurones commencent à dégénérer très tôt, parfois des années avant que d’autres régions du cerveau ne commencent à tomber en panne.
« Les gens l’ont remarqué depuis longtemps, mais ils ne savent pas quel rôle joue le locus coeruleus dans ce processus. Et c’est en partie parce que nous n’avons pas de bon modèle pour imiter les neurones humains LC-NE”, explique Tao, auteur principal de l’étude.
Les tentatives précédentes visant à générer ces neurones à partir de cellules souches humaines suivaient un protocole basé sur le développement de neurones LC-NE dans des modèles murins. Tao a passé deux ans à rechercher pourquoi ces tentatives ont échoué et comment le développement des neurones à partir de cellules souches diffère chez l’homme.
Dans la nouvelle étude, il a identifié ACTIVIN-A, une protéine appartenant à une famille de facteurs de croissance, comme étant importante pour réguler la neurogenèse dans les neurones NE humains.
“Nous disposons de nouvelles informations sur le développement du locus coeruleus”, explique Tao. “C’est la découverte la plus importante de ce travail, et sur la base de cette découverte, nous sommes capables de générer des neurones à norépinéphrine du locus coeruleus.”
Pour créer des neurones LC-NE, les chercheurs ont converti des cellules souches pluripotentes humaines en cellules du cerveau postérieur. Ils ont ensuite utilisé ACTIVIN-A et une série de signaux supplémentaires pour orienter le développement cellulaire vers leur destin en tant que neurones LC-NE.
Après transformation, les cellules ont présenté les caractéristiques typiques du fonctionnement des neurones LC-NE dans le cerveau humain et ont libéré le neurotransmetteur noradrénaline. Ils ont également montré une arborisation axonale – un allongement des bras longs et ramifiés des neurones qui permettent les connexions entre les cellules cérébrales – et ont répondu à la présence de dioxyde de carbone, crucial pour le contrôle de la respiration.
Les nouvelles cellules pourraient servir de modèles pour les maladies humaines, permettant aux scientifiques de sélectionner des médicaments pour des traitements possibles et de répondre à des questions telles que la raison pour laquelle les cellules du locus coeruleus meurent si tôt dans les maladies neurodégénératives.
“Si cela est causal d’une manière ou d’une autre, nous pourrions être en mesure de faire quelque chose pour prévenir ou retarder le processus de neurodégénérescence”, explique Zhang.
Les cellules LC-NE pourraient un jour servir elles-mêmes de thérapie par cellules souches.
“L’importance de ces cellules est assez large”, explique Zhang.
Ensuite, les chercheurs prévoient d’étudier les mécanismes détaillés par lesquels ACTIVIN-A régule le développement des neurones LC-NE. Le groupe utilisera également les cellules pour des travaux translationnels de dépistage de médicaments et de modélisation de maladies.
Cette recherche a été financée par des subventions des National Institutes of Health (NS096282, NS076352, NS086604, U54 HD090256, HD106197 et 1S100OD018202-01), Aligning Science Across Parkinson’s, National Medical Research Council of Singapore, Ministère de l’Éducation de Singapour, Bleser Family Foundation. et Fondation Busta.