Gauche : Circuit contrôlant la direction des ailes. À droite : Circuit contrôlant la puissance de l’aile. Crédit : Azevedo et al., Nature 2024
Des scientifiques de l’Université de Washington et de la Harvard Medical School, en collaboration avec l’ESRF, ont découvert les circuits neuronaux qui coordonnent les mouvements des pattes et des ailes de la mouche à fruits (drosophile). Cela pourrait conduire à une meilleure compréhension de la façon dont le système nerveux détecte et contrôle le corps. Les résultats sont publiés dans Nature.
L’une des fonctions principales du système neuronal est de coordonner les mouvements du corps. Afin de comprendre comment le cerveau contrôle les comportements moteurs adaptatifs, les scientifiques tentent depuis longtemps de déchiffrer la carte des circuits neuronaux jusqu’aux muscles.
Les chercheurs ont désormais connecté les neurones du cordon nerveux de la mouche des fruits, semblable à la moelle épinière des vertébrés, aux muscles contrôlant les pattes et les ailes. Cela met en lumière la façon dont la mouche détecte et contrôle les mouvements des pattes et des ailes. Alors que les connectomes chez les petits animaux ont déjà été cartographiés, c’est la première fois que les scientifiques découvrent le schéma de câblage au niveau synapse des circuits moteurs d’un animal doté de membres.
Pourquoi la mouche à fruits ? Drosophila melanogaster possède un système nerveux compact doté d’outils génétiques sophistiqués et de neurones identifiés avec des fonctions stéréotypées selon les individus.
“Ils sont merveilleusement doués en matière de contrôle moteur, notamment pour marcher et voler, malgré leur minuscule système nerveux”, explique John Tuthill, chercheur à l’Université de Washington et auteur correspondant de la publication. En effet, chacune des pattes des mouches est contrôlée par seulement 70 motoneurones (contre 600 dans le muscle du mollet d’un chat), et chaque aile est contrôlée par seulement 29 motoneurones.
Alexandra Pacureanu, scientifique à l’ESRF lors des expériences réalisées sur la ligne de lumière ID16A de l’ESRF. Crédit : ESRF/Stef Candé.
La mouche possède des muscles spécialisés dans la puissance et la direction au niveau des ailes. Ces muscles des ailes sont attachés à différentes parties du corps : les muscles de puissance sont attachés au thorax et les muscles de direction sont attachés à la charnière de l’aile.
L’équipe a maintenant déterminé quels motoneurones pré-moteurs dans la version mouche de la moelle épinière, connue sous le nom de corde nerveuse ventrale (VNC), coordonnent les motoneurones contrôlant la jambe et l’aile. Pour y parvenir, ils ont utilisé plusieurs techniques : la microscopie électronique, le marquage génétique clairsemé et la nanotomographie holographique aux rayons X (XNH) à l’ESRF.
Connectomique utilisant les rayons X
La microscopie électronique a montré le réseau de cordons nerveux ventraux, avec 45 millions de synapses et 14 600 corps cellulaires neuronaux. Ils ont associé ces données à des cartes des motoneurones des jambes et des ailes grâce à la nanotomographie holographique aux rayons X à l’ESRF.
« La cartographie des motoneurones sur leurs muscles à l’aide de la nanotomographie holographique à rayons X était essentielle pour interpréter l’organisation du réseau prémoteur dans le contexte de la fonction des motoneurones », explique Wei-Chung Lee, chercheur principal à l’Université de Harvard et l’un des auteurs correspondants.
Il ajoute : « L’ESRF ID16A est actuellement la seule ligne de lumière au monde combinant champ de vision et résolution d’imagerie pour reconstruire de manière dense le câblage neuronal à de telles échelles. »
L’équipe de scientifiques a maintenant déterminé quels motoneurones pré-moteurs dans la version mouche de la moelle épinière, connue sous le nom de corde nerveuse ventrale (VNC), coordonnent les motoneurones contrôlant la jambe et l’aile. Pour y parvenir, ils ont utilisé plusieurs techniques : la microscopie électronique, le marquage génétique clairsemé et la nanotomographie holographique aux rayons X (XNH) à l’ESRF. Crédit : Azevedo et al., Nature 2024.
Au cours des dernières années, l’équipe, dirigée par Alexandra Pacureanu, scientifique à l’ESRF, a développé la nanotomographie holographique à rayons X à l’ESRF pour répondre aux défis spécifiques posés par le domaine de la connectomique.
“La connectomique utilisant les rayons X est un domaine très nouveau qui a émergé à l’ESRF… et aujourd’hui nous avons amélioré à la fois la résolution spatiale et l’évolutivité de la technologie pour permettre l’étude de circuits neuronaux significatifs”, explique-t-elle. Elle ajoute : « La collaboration avec des neuroscientifiques a été cruciale pour tirer parti de la microscopie à rayons X et repousser les frontières de la compréhension du fonctionnement du système nerveux. »
Les travaux futurs comprennent l’identification des différences dans le câblage du réseau neuronal entre les individus, les sexes, au cours du développement, entre les espèces et en réponse à une blessure ou à une maladie.
Plus d’information:
John Tuthill, Reconstruction connectomique d’un cordon nerveux ventral femelle de drosophile, Nature (2024). DOI : 10.1038/s41586-024-07389-x. www.nature.com/articles/s41586-024-07389-x
Fourni par l’installation européenne de rayonnement synchrotron
Citation: Des chercheurs cartographient les réseaux neuronaux de la drosophile qui contrôlent le mouvement des ailes et des pattes (26 juin 2024) récupéré le 26 juin 2024 sur
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