Une étude dévoile la complexité organisationnelle du cortex préfrontal et des sous-types de neurones régulant la douleur chronique

Le cortex préfrontal (PFC) est l’une des régions les plus sophistiquées du cerveau des mammifères. Cette région cérébrale cruciale est connue pour soutenir diverses fonctions complexes, notamment la cognition, la mémoire, la prise de décision, l’intelligence et l’expérience de la douleur.

Des chercheurs du Boston Children’s Hospital et de la Harvard Medical School ont récemment mené une étude visant à mieux comprendre l’organisation du PFC des mammifères à l’aide de techniques de transcriptomique spatiale. Leur article, publié dans Neurosciences naturellesdécrit plus en profondeur l’organisation du PFC de souris et identifie les sous-types neuronaux qui régulent la douleur chronique.

“Nous nous sommes demandés : comment le PFC peut-il réguler autant de fonctions différentes, alors que de nombreuses autres parties du cortex cérébral ne traitent qu’une seule fonction spécialisée telle que l’audition, la vision et le mouvement ?” Yi Zhang, l’un des chercheurs qui ont mené l’étude, a déclaré à Medical Xpress.

“Nos précédentes études de séquençage d’ARN unicellulaire ont révélé que les neurones PFC sont moléculairement hétérogènes. Nous avons donc émis l’hypothèse que différents sous-types de neurones PFC pourraient participer à la régulation de différentes fonctions. Cependant, notre étude précédente n’a pas pu révéler l’organisation spatiale/anatomique des différents neurones. sous-types et ne pouvait pas intégrer les caractéristiques moléculaires et cellulaires avec les circuits de projection pour les associer à des fonctions spécifiques.

L’objectif principal de l’étude la plus récente menée par Zhang et ses collègues était de créer une carte de projection plus détaillée des sous-types de neurones dans le PFC des mammifères, tout en explorant leur rôle dans la régulation de la douleur. La douleur chronique est un problème répandu qui touche d’innombrables patients dans le monde et une meilleure compréhension de ses fondements neuronaux pourrait à terme aider à développer des traitements plus efficaces.

“Pour répondre à notre question de recherche d’intérêt, nous avons utilisé une approche de transcriptomique spatiale”, a expliqué Zhang. “Nous avons utilisé l’hybridation in situ à fluorescence robuste à erreur multiplexée (MERFISH), une technique basée sur l’imagerie qui détecte l’emplacement précis de chaque molécule d’ARN dans chaque cellule dans une tranche de tissu, grâce à plusieurs cycles d’imagerie à l’aide de sondes d’ADN marquées par fluorescence.”

Les techniques utilisées par les chercheurs leur ont permis de cartographier les neurones du PFC sur la base de l’expression de plus de 400 gènes, notamment des marqueurs de type cellulaire, des gènes fonctionnellement significatifs et des gènes situés dans différentes couches du cortex. Zhang et ses collègues ont finalement combiné les propriétés moléculaires des neurones observés dans le PFC de souris avec les résultats recueillis lors d’études antérieures sur le traçage du tractus neuronal. Cela leur a permis d’identifier des sous-types neuronaux spécifiques qui se projettent sur le striatum, l’hypothalamus, l’amygdale, le mésencéphale et d’autres régions du cerveau, pour ensuite construire une carte détaillée des circuits neuronaux.

“Nous avons ensuite utilisé un modèle murin établi de douleur neuropathique pour identifier les changements transcriptionnels dans chacun des sous-types neuronaux dans un état de douleur chronique, à l’aide de MERFISH”, a déclaré Zhang. “Nous avons constaté que le PFC a une composition moléculaire et cellulaire distincte par rapport à ses régions corticales adjacentes qui régulent le mouvement, le toucher, etc., ce qui corrobore les fonctions spécialisées du PFC.”

Zhang et ses collègues ont découvert que des combinaisons spécifiques de sous-types de neurones dans le projet PFC se projettent sur différentes régions du cerveau pour réguler différents comportements. De plus, l’équipe a identifié une région du mésencéphale, la région grise péri-aqueducale (PAG), qui se projette vers la moelle épinière pour réguler les informations liées à la douleur.

Notamment, cette région du cerveau s’est avérée recevoir des informations d’un seul sous-type neuronal, appelé L5 ET 1, situé dans la cinquième couche du PFC. En identifiant ce sous-type spécifique de neurones PFC et la région cérébrale vers laquelle ils se projettent, l’équipe a mis en lumière la façon dont le cerveau de la souris (et potentiellement aussi le cerveau humain) régule la douleur.

“La douleur chronique a eu l’impact transcriptionnel le plus élevé sur les neurones L5 ET 1 et a également réduit de manière significative l’activité électrique de ces cellules”, a déclaré Zhang. “Cette activation réduite est également similaire au PFC humain dans un état de douleur chronique – et donc la stimulation transcrânienne du PFC peut induire un soulagement de la douleur chez l’homme.”

La carte complète créée par Zhang et ses collègues améliore considérablement la compréhension du PFC et de ses sous-types neuronaux. En plus d’éclairer le développement de nouveaux traitements pharmacologiques contre la douleur chronique, les récentes découvertes des chercheurs pourraient éventuellement contribuer à l’étude de divers troubles psychiatriques, notamment la dépendance, le SSPT, le TOC, le trouble bipolaire et la schizophrénie.

“Dans nos prochaines études, nous espérons comprendre les mécanismes de régulation en aval spécifiques au type de cellule des différentes régions cibles du PFC (comme le PAG, le thalamus et l’amygdale) et comment ceux-ci sont orchestrés pour générer les déficits sensoriels et affectifs caractéristiques de la douleur chronique”, » a ajouté Zhang. “Nous prévoyons également d’identifier le type de cellule et les changements transcriptionnels et épigénétiques spécifiques au circuit au cours de la douleur chronique qui peuvent servir de cibles potentiellement médicamenteuses (comme les canaux ioniques ou les GPCR dans des sous-types régulateurs distincts).”

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