Une étude montre que les neurones à orexine peuvent suivre la rapidité avec laquelle la glycémie change

La concentration de glucose dans le sang des humains change continuellement en réponse à ce qu’ils mangent et aux activités auxquelles ils participent. Bien que de nombreuses études aient étudié les changements dans la glycémie, le rôle des différents neurones dans le suivi et la prévision de ces changements reste mal compris.

Des chercheurs de l'ETH Zürich ont récemment mené une étude sur le rôle potentiel d'un type spécifique de neurones, appelés neurones à orexine, dans le suivi de la glycémie. Leurs conclusions, publiées dans Neurosciences naturellessuggèrent que les neurones à orexine dans le cerveau de la souris sont responsables du suivi de la rapidité avec laquelle la glycémie évolue.

“Dans les années 2000, de nombreux efforts scientifiques ont été déployés pour identifier ce que l'on appelle les “neurones sensibles au glucose”, car ces cellules peuvent altérer notre fonction cérébrale en fonction de ce qui se passe minute après minute dans notre corps”, Denis Burdakov, co-auteur de l'article, a déclaré à Medical Xpress. “Avec l'énorme 'épidémie de diabète (diabète + obésité)' qui sévit dans certains pays, comme le Royaume-Uni et les États-Unis, cela était également important car le sucre était impliqué.”

Entre 2005 et 2011, le laboratoire de recherche de Burdakov (alors à l'Université de Cambridge) a contribué à l'identification et à la caractérisation de la détection du glucose dans les neurones à orexine. Il s’agit de neurones spécialisés qui détectent le glucose et produisent le neurotransmetteur orexine/hypocrétine.

L'orexine/hypocrétine est un « messager » chimique qui contribue à la régulation de divers processus physiologiques, notamment l'éveil, l'éveil et l'appétit. Les neurones producteurs d'orexine, identifiés il y a environ trente ans, ne se trouvent que dans l'hypothalamus, mais ils innervent l'ensemble du système nerveux central chez l'homme et d'autres mammifères.

“Les neurones à orexine sont si importants pour notre éveil et notre conscience que sans ce petit groupe de cellules, notre conscience normale est perdue (comme dans la narcolepsie, qui est un trouble causé par la perte de cellules d'orexine ou d'orexine chez l'homme)”, a déclaré Burdakov.

“Nos expériences plus anciennes indiquaient que les cellules d'orexine étaient profondément inhibées par le glucose, mais c'était 'dans une assiette', dans nos expériences sur des cellules d'orexine isolées. Il est apparu depuis que, dans le cerveau vivant d'un mammifère en train de se comporter, les cellules d'orexine sont profondément contrôlées. par beaucoup d'autres choses, y compris les entrées neuronales directes d'une grande partie du cerveau.

Bien que leurs études précédentes aient permis d’obtenir des informations intéressantes sur l’orexine, elles ont principalement été réalisées sur des cellules isolées examinées dans des boîtes de Pétri. Par conséquent, le rôle de ces cellules dans le cerveau des animaux vivants et leur lien avec la glycémie restait encore à examiner.

Dans le cadre de leur nouvelle étude, Burdakov et ses collègues ont entrepris de combler cette lacune dans la littérature, en essayant notamment de déterminer si les changements physiologiques dans la glycémie étaient « perçus » par les cellules productrices d'orexine. De plus, si ces cellules peuvent effectivement détecter des changements dans le glucose, l’équipe a souhaité déterminer si elles se concentraient sur certains attributs spécifiques de ces changements et si leur contribution affectait le comportement.

“Le défi de notre expérience était de mesurer l'activité en temps réel des neurones à orexine vivants dans le cerveau, ainsi que les fluctuations simultanées du taux de glucose dans le sang”, a expliqué Burdakov.

“C'était essentiel pour tirer des conclusions. Pour y parvenir, nous avons placé de minuscules capteurs de glucose électrochimiques dans une artère. En même temps, nous avons utilisé des tubes de verre extrêmement fins insérés profondément dans le cerveau pour observer ce que faisaient les cellules d'orexine – nous pouvions voir cela parce que nous avons ciblé un gène rapporteur d’activité fluorescente spécifiquement sur les cellules d’orexine. »

La concentration de glucose dans le sang n'est pas seulement contrôlée par l'alimentation et l'exercice physique, mais on sait qu'elle est également régulée par l'hormone naturelle insuline et le foie, qui produisent des ondes dynamiques de glycémie. Burdakov et ses collègues ont utilisé leurs capteurs introduits dans les artères pour surveiller ces changements ondulatoires de la concentration de glucose au fil du temps.

Cela leur a permis de noter à quel moment des vagues (c'est-à-dire à leur crête, leur creux, leur montée, leur descente) les neurones à orexine du cerveau de la souris sont devenus excités ou sont devenus silencieux. De plus, les chercheurs ont observé le comportement des souris, en particulier leur course spontanée, pour déterminer si celui-ci était influencé par la glycémie chez des souris normales et chez des souris dépourvues de neurones producteurs d'orexine.

“Nous avons constaté que la plus grande modulation de l'activité des cellules d'orexine se produisait lors de la montée et de la baisse des ondes de glycémie”, a déclaré Burdakov. “Étonnamment, les cellules d'orexine semblaient presque aveugles aux niveaux absolus de glycémie, mais suivaient principalement les hausses et les baisses, en particulier le taux de variation du glucose au cours de ces hausses et baisses.”

Les résultats recueillis par les chercheurs mettent en évidence le rôle potentiel des cellules d'orexine dans le suivi des niveaux de glucose dans le sang, en particulier leurs caractéristiques temporelles (c'est-à-dire leurs changements au fil du temps). Ils apportent ainsi un nouvel éclairage sur la neurobiologie complexe de la perception de la glycémie dans le cerveau.

“C'est fantastique de travailler ici à l'ETH, où nous, biologistes, sommes entourés d'ingénieurs”, a déclaré Burdakov. « N'importe quel ingénieur vous dira que la détection du taux de changement est très importante pour un contrôle rapide et opportun. Il s'agit d'une idée très fondamentale en ingénierie de contrôle, à savoir qu'il est utile de réagir à la rapidité avec laquelle quelque chose change, plutôt que d'attendre un signal. un grand changement se produit (à ce moment-là, il est souvent trop tard pour faire quoi que ce soit).

“Le nom des manuels d'ingénierie pour cela est” contrôle basé sur la dérivée “, ce qui signifie que vous émettez des signaux de contrôle basés sur la première dérivée temporelle de la variable que vous suivez.”

Essentiellement, Burdakov et ses collègues ont montré que les capteurs de glucose cérébraux peuvent émettre des signaux de contrôle répondant aux caractéristiques temporelles de la glycémie (c'est-à-dire le taux de changement), plutôt qu'aux concentrations absolues de glucose. Leur article a ainsi découvert un processus de détection biologique inné dans lequel le cerveau s'engage pour surveiller les concentrations de glucose dans le sang au fil du temps.

« En plus des implications fondamentales pour comprendre comment notre cerveau est conçu (c'est-à-dire « l'ingénierie inverse du cerveau »), dans ce cas spécifiquement comment l'activité cérébrale se synchronise avec l'état métabolique de notre corps, nos découvertes ont des implications pratiques pour essayer de contrôler notre cerveau. activité via des régimes alimentaires”, a déclaré Burdakov.

“Nous avons également confirmé que cela pourrait être très important pour un résultat de base du cerveau, le mouvement volontaire : les souris dépourvues de neurones à orexine ne pouvaient normalement pas ajuster leur comportement de course à leur glucose.”

Les résultats intéressants rassemblés par cette équipe de chercheurs de l’ETH Zürich pourraient bientôt inspirer de nouvelles expériences axées sur les neurones producteurs d’orexine. Collectivement, ces efforts de recherche révèlent d’importants processus neuronaux qui soutiennent la surveillance des états physiologiques liés à la glycémie.

“Nous voulons maintenant aller plus loin en vérifiant si les hypothèses classiques sur la fonction cérébrale sont toujours valables lorsqu'elles sont examinées avec les techniques modernes de surveillance de la physiologie temporelle du corps”, a ajouté Burdakov. “Nous sommes particulièrement intéressés par les neurones à orexine et par la façon dont leurs “algorithmes d'activité” modifient les choses en aval de notre cerveau, en particulier les circuits liés à la cognition et aux émotions.”

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