Les chercheurs ont découvert le rôle vital des microglies dans le développement du cerveau en étudiant les organoïdes cérébraux cultivés en laboratoire. L’étude, axée sur la régulation du cholestérol par les microglies, offre de nouvelles perspectives sur la croissance cérébrale et des approches potentielles pour traiter les troubles neurologiques. (Concept de l’artiste d’un mini organoïde cérébral cultivé en laboratoire.)
Les scientifiques ont découvert que les microglies jouent un rôle crucial dans la régulation du nombre de cellules qui deviennent des neurones dans le cerveau, améliorant ainsi notre compréhension du développement et des troubles cérébraux.
Une équipe internationale de scientifiques a découvert le rôle vital des microglies, les cellules immunitaires du cerveau qui agissent comme une équipe de défense dédiée, dans les premiers stades du développement du cerveau humain. En incorporant des microglies dans des organoïdes cérébraux cultivés en laboratoire, les scientifiques ont pu imiter l’environnement complexe du cerveau humain en développement pour comprendre comment les microglies influencent la croissance et le développement des cellules cérébrales.
Cette recherche représente un pas en avant significatif dans le développement des organoïdes du cerveau humain et pourrait avoir un impact significatif sur notre compréhension du développement et des troubles du cerveau. L’étude intitulée « Les microglies dérivées de cellules iPS favorisent la maturation des organoïdes cérébraux via le transfert de cholestérol » a été publiée le 1er novembre 2023 dans la revue Nature.
Percée dans la recherche sur les organoïdes
Pour étudier le rôle crucial des microglies dans le développement précoce du cerveau humain, des scientifiques du Singapore Immunology Network (SIgN) d’A*STAR, dirigés par le professeur Florent Ginhoux, ont utilisé une technologie de pointe pour créer des structures semblables à celles du cerveau, appelées organoïdes, également connues sous le nom de « mini-cerveaux ». dans le laboratoire. Ces organoïdes cérébraux ressemblent beaucoup au développement du cerveau humain. Cependant, les modèles précédents manquaient de microglies, un élément clé du développement précoce du cerveau.
Image en super-résolution de cellules microgliales dérivées de cellules souches humaines avec des mitochondries marquées (jaune), un noyau (magenta) et des filaments d’actine (cyan). Ces cellules microgliales contribuent à la maturation des neurones dans les modèles organoïdes du cerveau humain. Crédit : SIgN d’A*STAR
Pour combler cette lacune, les chercheurs d’A*STAR ont conçu un protocole unique pour introduire des cellules de type microglie générées à partir des mêmes cellules souches humaines utilisées pour créer les organoïdes cérébraux. Ces cellules introduites se comportaient non seulement comme de véritables microglies, mais influençaient également le développement d’autres cellules cérébrales au sein des organoïdes.
Analyse protéomique et rôle du cholestérol
Le Dr Radoslaw Sobota de l’Institut de biologie moléculaire et cellulaire (IMCB) d’A*STAR et son équipe du Laboratoire national SingMass de spectrométrie de masse ont appliqué une approche protéomique quantitative de pointe pour découvrir les changements dans les protéines. Leur analyse a fourni des informations cruciales sur la composition protéique des organoïdes, confirmant ainsi les résultats de l’étude.
Ce qui distingue cette étude, c’est la découverte d’une voie unique par laquelle les microglies interagissent avec d’autres cellules cérébrales. L’étude a révélé que les microglies jouent un rôle crucial dans la régulation des taux de cholestérol dans le cerveau. Les cellules de type microglie contiennent des gouttelettes lipidiques contenant du cholestérol, qui sont libérées et absorbées par d’autres cellules cérébrales en développement dans les organoïdes. Il a été démontré que cet échange de cholestérol améliore considérablement la croissance et le développement de ces cellules cérébrales, en particulier de leurs progéniteurs.
L’importance du cholestérol dans le cerveau
Le cholestérol est abondant dans le cerveau et constitue environ 25 % du cholestérol total de l’organisme. Il est essentiel à la structure et au fonctionnement des neurones. Un métabolisme anormal du cholestérol a été associé à divers troubles neurologiques, notamment Alzheimer et la maladie de Parkinson.
Pour étudier les rôles des lipides dans le développement et les maladies du cerveau, des chercheurs du Département de biochimie de l’École de médecine Yong Loo Lin (NUS Medicine), dirigés par le professeur Markus Wenk, ont assumé la tâche cruciale d’acquisition de données, en particulier dans le domaine de la lipidomique pour tirer des informations précieuses sur la composition et la dynamique des lipides au sein des organoïdes cérébraux contenant des microglies.
Aperçu de la croissance et du développement des cellules cérébrales
Utilisant ces informations, une autre équipe du Département de microbiologie et d’immunologie de NUS Medicine et dirigée par le professeur agrégé Véronique Angeli, a découvert que le cholestérol affecte la croissance et le développement des jeunes cellules cérébrales dans des modèles de cerveau humain. Les microglies utilisent une protéine spécifique pour libérer le cholestérol, et lorsque ce processus est bloqué, les cellules organoïdes se développent davantage, conduisant à des modèles cérébraux plus grands.
« On sait depuis toujours que les microglies sont essentielles au développement du cerveau, mais leur rôle précis reste mal compris. Cette découverte de notre équipe du Département de microbiologie et d’immunologie est particulièrement marquante car nous comprenons enfin comment le cholestérol est transporté. Notre prochain objectif sera de découvrir comment nous pouvons réguler la libération de cholestérol pour optimiser le développement du cerveau et ralentir, ou prévenir, l’apparition de troubles neurologiques », a ajouté le professeur associé Véronique, qui est également directrice du programme de recherche translationnelle en immunologie chez NUS Medicine.
Analyse complète des interactions moléculaires
Le Dr Olivier Cexus de l’Université de Surrey et anciennement chez A*STAR, a progressivement déchiffré les interactions moléculaires complexes au sein des organoïdes cérébraux à l’aide d’analyses protéomiques et lipidomiques. Cela a fourni des informations précieuses sur les interactions métaboliques impliquées dans le développement du cerveau et leurs implications potentielles pour les maladies.
Ensemble, ces efforts collectifs ont contribué à approfondir notre compréhension des rôles des microglies et des composants moléculaires des organoïdes cérébraux et de leurs implications pour la santé humaine.
Conclusion et implications futures
Le professeur Florent Ginhoux, chercheur principal principal au SIgN d’A*STAR et auteur principal de l’étude, a déclaré : « Comprendre les rôles complexes des microglies dans le développement et le fonctionnement du cerveau est un domaine de recherche actif. Nos résultats font non seulement progresser notre compréhension du développement du cerveau humain, mais pourraient également avoir un impact sur nos connaissances sur les troubles cérébraux. Cela ouvre de nouvelles possibilités pour de futures recherches sur les conditions neurodéveloppementales et les thérapies potentielles.
Le co-auteur de l’étude, le professeur Jerry Chan, consultant principal au département de médecine reproductive de l’hôpital pour femmes et enfants de KK, et clinicien-chercheur principal du Conseil national de recherches médicales, a ajouté : « Il y a actuellement un manque d’outils pour étudier comment la microglie interagit avec le cerveau en développement. Cela a entravé la compréhension des maladies associées aux microglies qui jouent un rôle important au cours du développement précoce de maladies telles que l’autisme, la schizophrénie et les maladies neurodégénératives telles que la maladie d’Alzheimer et la maladie de Parkinson.
« Le développement de ces nouveaux organoïdes cérébraux associés aux microglies avec des cellules souches pluripotentes du même donneur nous donne l’opportunité d’étudier les interactions complexes entre les microglies et les neurones au cours du développement précoce du cerveau. Par conséquent, cela pourrait nous permettre d’étudier le rôle des microglies dans le déclenchement de maladies et de suggérer des moyens de développer de nouvelles thérapies à temps.
