Les scientifiques identifient une boucle de rétroaction moléculaire positive qui pourrait expliquer la perte de mémoire induite par un accident vasculaire cérébral

Lorsque nous apprenons quelque chose de nouveau, nos cellules cérébrales (neurones) communiquent entre elles via des signaux électriques et chimiques. Si le même groupe de neurones communique souvent entre eux, les connexions entre eux se renforcent. Ce processus aide notre cerveau à apprendre et à se souvenir des choses et est connu sous le nom de potentialisation à long terme ou LTP.

Un autre type de LTP se produit lorsque le cerveau est temporairement privé d’oxygène : la potentialisation à long terme induite par l’anoxie ou aLTP. aLTP bloque le premier processus, altérant ainsi l'apprentissage et la mémoire. Par conséquent, certains scientifiques pensent que l’aLTP pourrait être impliqué dans des problèmes de mémoire observés dans des conditions telles que les accidents vasculaires cérébraux.

Des chercheurs de l’Institut des sciences et technologies d’Okinawa (OIST) et leurs collaborateurs ont étudié en détail le processus aLTP. Ils ont découvert que le maintien de l’aLTP nécessite le glutamate, un acide aminé, qui déclenche la production d’oxyde nitrique (NO) dans les neurones et les vaisseaux sanguins du cerveau.

Ce processus forme une boucle de rétroaction positive glutamate-NO-glutamate. Leur étude, publiée dans iScienceindique que la présence continue d'aLTP pourrait potentiellement entraver les processus de renforcement de la mémoire cérébrale et expliquer la perte de mémoire observée chez certains patients après un accident vasculaire cérébral.

La réponse du cerveau à un manque d'oxygène

Lorsqu’il y a un manque d’oxygène dans le cerveau, le glutamate, un neurotransmetteur, est libéré en grande quantité par les neurones. Cette augmentation du glutamate provoque la production de NO. Le NO produit dans les neurones et les vaisseaux sanguins du cerveau augmente la libération de glutamate par les neurones pendant l'aLTP. Cette boucle glutamate-NO-glutamate se poursuit même après que le cerveau ait reçu suffisamment d’oxygène.

“Nous voulions savoir comment l'épuisement de l'oxygène affecte le cerveau et comment ces changements se produisent”, a déclaré le Dr Han-Ying Wang, chercheur à l'ancienne unité de fonction synaptique cellulaire et moléculaire de l'OIST et auteur principal de l'étude.

“On sait que l'oxyde nitrique est impliqué dans la libération de glutamate dans le cerveau en cas de pénurie d'oxygène, mais le mécanisme n'est pas clair.”

Lors d’un accident vasculaire cérébral, lorsque le cerveau est privé d’oxygène, l’amnésie – la perte de souvenirs récents – peut être l’un des symptômes. Il est important d’étudier les effets du manque d’oxygène sur le cerveau en raison de ses bienfaits médicinaux potentiels.

“Si nous pouvons comprendre ce qui ne va pas dans ces neurones lorsqu'ils n'ont pas d'oxygène, cela pourrait nous indiquer comment traiter les patients victimes d'un AVC”, Dr Patrick Stoney, scientifique à l'unité de neurosciences sensorielles et comportementales de l'OIST et ancien membre de l'unité de fonction synaptique cellulaire et moléculaire, a expliqué.

Les tissus cérébraux de souris ont été placés dans une solution saline, imitant l’environnement naturel du cerveau vivant. Normalement, cette solution est oxygénée pour répondre aux besoins élevés en oxygène du tissu cérébral. Cependant, le remplacement de l’oxygène par de l’azote a permis aux chercheurs de priver les cellules d’oxygène pendant des durées précises.

Les tissus ont ensuite été examinés au microscope et des électrodes ont été placées dessus pour enregistrer l'activité électrique de chaque cellule. Les cellules ont été stimulées d’une manière qui imite la façon dont elles seraient stimulées chez des souris vivantes.

Arrêter la mémoire et l'activité d'apprentissage

Les scientifiques ont découvert que le maintien de l’aLTP ne nécessite AUCUNE production dans les neurones et dans les vaisseaux sanguins du cerveau. Des scientifiques collaborateurs de l'unité de neuroimagerie optique de l'OIST ont montré qu'en plus des neurones et des vaisseaux sanguins, l'aLTP nécessite l'activité des astrocytes, un autre type de cellules cérébrales. Les astrocytes connectent et soutiennent la communication entre les neurones et les vaisseaux sanguins.

“Le maintien à long terme de l'aLTP nécessite une synthèse continue d'oxyde nitrique. La synthèse du NO est auto-entretenue, soutenue par la boucle du NO-glutamate, mais le blocage des étapes moléculaires de la synthèse du NO ou de celles qui déclenchent la libération du glutamate finit par perturber la boucle et arrêter l'aLTP. “, a expliqué le professeur Tomoyuki Takahashi, chef de l'ancienne unité des fonctions synaptiques cellulaires et moléculaires de l'OIST.

Notamment, les processus cellulaires qui soutiennent l’aLTP sont partagés par ceux impliqués dans le renforcement de la mémoire et l’apprentissage (LTP). Lorsque l'aLTP est présent, il détourne les activités moléculaires requises pour la LTP et la suppression de l'aLTP peut sauver ces mécanismes d'amélioration de la mémoire. Cela suggère qu'un aLTP de longue durée peut entraver la formation de la mémoire, expliquant peut-être pourquoi certains patients subissent une perte de mémoire après un accident vasculaire cérébral de courte durée.

Le professeur Takahashi a souligné que la formation d'une boucle de rétroaction positive entre le glutamate et le NO lorsque le cerveau est temporairement privé d'oxygène est une découverte importante. Il explique l’aLTP de longue durée et peut offrir une solution à la perte de mémoire causée par un manque d’oxygène.