La découverte montre un potentiel de vieillissement cérébral et de thérapies par la maladie

Les scientifiques de la Northeastern University ont découvert qu’une protéine dans le cerveau humain pourrait potentiellement être utilisée pour développer de nouveaux neurones en laboratoire et améliorer les processus cérébraux affectés par le vieillissement ou les maladies neurodégénératives.

Dans leur étude, publiée dans Mécanobiologie en médecineles chercheurs ont découvert que la protéine responsable de la liaison des cellules souches neurales dans le cerveau humain, la neuro-cadhérine, joue également un rôle clé dans la stimulation de leur différenciation.

Les cellules souches neurales sont des cellules à un stade précoce et non spécialisées qui ont la capacité de différencier ou de se développer en différents types de neurones et de cellules non neuronales du système nerveux central.

Dans le cerveau humain adulte, ces cellules se trouvent principalement dans deux régions: la zone sous-ventriculaire – une mince couche de cellules tapissant les espaces remplis de fluide appelés ventricules latéraux profondément dans le cerveau – et la zone sous-granulaire. La zone sous-granulaire est une petite zone dans l’hippocampe, une partie du cerveau essentielle à l’apprentissage et à la mémoire.

“Avec le vieillissement, les cellules souches neurales ne répondent pas comme elles le faisaient lorsqu’elles étaient jeunes”, explique Rebecca Kuntz Willits, professeur de produits chimiques et de bio-ingénieurs du Nord-Est. “Il y en a moins en général, et ils ne se différencient pas nécessairement aussi facilement.”

Willits et McKay Cavanaugh, un doctorant, ont étudié la neuro-cadhérine, une protéine trouvée sur les surfaces cellulaires qui aide les cellules souches neuronales à rester ensemble et à communiquer, pour comprendre comment elle affecte ces cellules.

“Nous recherchions des moyens que l’environnement influence ces cellules souches, et si les cellules interagissent à travers ces molécules (de la N-cadhérine), comment nous pouvons la mesurer mécaniquement.”

Plus précisément, ils voulaient voir si les cellules souches neurales interagissant avec la N-cadhérine entraîneraient une activité de mécanotransduction – c’est-à-dire lorsque les stimuli mécaniques provoquent des réponses biochimiques qui régulent diverses fonctions et comportements cellulaires, y compris la différenciation.

Willits explique que cette découverte pourrait avoir des applications futures dans le contrôle de la différenciation des cellules souches neuronales dans les laboratoires pour accélérer la croissance des neurones, ou dans le développement de matériaux injectables qui pourraient avoir un impact direct sur les processus de vieillissement du cerveau ou la lutte contre les maladies neurodégénératives.

Les scientifiques ont créé des surfaces en verre recouvertes de différentes quantités de versions en laboratoire des protéines naturelles de la N-cadhérine. Ils ont ensuite cultivé des cellules souches neurales pluripotentes induites – ou les cellules souches neurales fabriquées en laboratoire – sur ces substrats en verre.

Les scientifiques ont regardé l’adhésion cellulaire; changements dans la forme, la taille et la structure des cellules; prolifération ou multiplication cellulaire; et activité de mécanotransduction cellulaire.

L’expérience a révélé que les cellules souches neurales adhéraient et ne survivent que sur les surfaces de la N-cadhérine. Les cellules ne se sont pas liées à un autre type de protéine de cadhérine – épithéliale, ou e-cadhérine – aussi généralement dans la zone subventriculaire.

Les scientifiques ont remarqué que les cellules souches neurales avaient plus d’interactions avec des substrats contenant des concentrations plus élevées de molécules de N-cadhérine. La morphologie cellulaire a changé de manière significative avec une augmentation de la N-cadhérine – les cellules et leurs noyaux se sont élargis.

“Vous pouviez voir que la structure dans la cellule, l’échafaudage dans la cellule, était modifiée et qu’elle rendait essentiellement les cellules différentes”, explique Willits. “L’échafaudage était plus fort et les points d’interaction étaient plus forts.”

Les cellules souches neurales ont développé des structures de “cycles” uniques en filaments de protéines – une caractéristique cytosquelettique que l’on ne voit pas auparavant dans les cellules souches neuronales uniques.

Sans aucun autre signal chimique, les cellules ont commencé à se différencier en neurones en 96 heures.

“Habituellement, si nous voulions fabriquer des neurones, nous ajouterions tous ces produits chimiques aux cellules et les poussons à faire des neurones”, explique Willits. “Nous n’avons rien fait de tout cela (cette fois).”

L’expérience n’a pas fonctionné assez longtemps pour déterminer quel type spécifique de neurones ces cellules souches neurales deviendrait.

Cette histoire est republiée avec l’aimable autorisation de Northeastern Global News News.northeastern.edu.