Comprendre les connexions entre les différentes régions du cerveau pourrait conduire à de meilleures options de traitement pour des maladies comme la maladie d'Alzheimer, la schizophrénie et la dépression. En 2019, une technique connue sous le nom de BARseq a été développée pour cartographier ces connexions en identifiant les cellules cérébrales grâce aux gènes qu'elles expriment et en traçant leurs circuits neuronaux. Initialement capable de cartographier des milliers de voies à l’aide de « codes-barres » d’ARN, cette technique a maintenant été améliorée pour cartographier des millions de neurones. La recherche s'est étendue au cortex visuel, en étudiant comment la fonction cérébrale change lorsque les voies neuronales sont perturbées, fournissant ainsi des informations plus approfondies sur le développement et le fonctionnement du cerveau.
Les chercheurs ont développé et amélioré BARseq, une technique permettant de cartographier les connexions des cellules cérébrales par expression génique, dans le but d'améliorer les traitements des maladies neurologiques. Ils ont découvert que la cécité modifie l'expression des gènes du cortex visuel, et les travaux en cours visent à étendre les capacités de BARseq à comprendre la connectivité et le développement du cerveau.
L'exploration de la manière dont différentes zones du cerveau interagissent pourrait conduire à de meilleurs traitements pour des affections telles que Alzheimerla schizophrénie et la dépression.
En 2019, en tant que postdoctorant au laboratoire Zador du Cold Spring Harbor Laboratory (CSHL), Xiaoyin Chen a aidé à développer une technique pour cartographier ces connexions. BARseq identifie les cellules du cerveau par les gènes qu'elles utilisent et retrace les circuits neuronaux de connexion. Les premières versions de BARseq ont cartographié l'expression des gènes sur des milliers de voies neuronales, à l'aide de « codes-barres » ou de courts extraits de données. ARN.
«Je considère les cartes de BARseq comme une sorte d'aide à la peinture», explique Xiaoyin Chen, ancien postdoctorant du CSHL. « Tous ces petits points forment des formes. Et vous pouvez réellement zoomer, regarder différentes parties et distinguer différents types de cellules. Crédit : Laboratoire Chen/Allen Institute for Brain Science
Chen est maintenant chercheur adjoint à l'Allen Brain Institute. Il a récemment retrouvé le professeur Anthony Zador du CSHL pour améliorer les capacités de BARseq. A quoi cela ressemble-t-il? Au lieu de milliers de neurones, BARseq peut désormais en cartographier des millions.
«Nous nous efforçons de faire avancer BARseq. Nous voulons rendre cela facile à utiliser pour tout le monde, plus rapide et plus sensible. Pouvons-nous lire plus d’informations avec ? Avec une échelle beaucoup plus élevée, vous pouvez commencer à répondre à différentes questions », explique Chen.
Recherche sur le cortex visuel à l'aide de BARseq
L'équipe a commencé sa recherche de réponses dans le cortex visuel du cerveau. La vue est l’une des façons les plus courantes dont les humains perçoivent le monde. L'information passe des yeux au cortex visuel pour être traitée. Mais que se passe-t-il dans le cerveau lorsque les incursions neuronales du cortex visuel sont coupées ou ne se forment pas du tout ?
« Les gens savent depuis longtemps que les apports visuels sont très importants dans le façonnement du cerveau », explique Chen. « Mais nous ne savons pas, avec la résolution exacte du type de cellule fournie par BARseq, ce qui se passe réellement. »
À gauche : Chaque point coloré sur cette image de la couche externe du cerveau, ou cortex, est un gène individuel. À droite : grâce à BARseq, les scientifiques peuvent voir comment les gènes sont regroupés et identifier les neurones correspondants, les plus grands points colorés visibles ici. Crédit : Laboratoire Chen/Allen Institute for Brain Science
L'équipe a utilisé BARseq pour cartographier le cerveau de neuf souris et retracer l'expression des gènes dans le cortex visuel de chaque souris. C'est la première fois que cette technique est utilisée pour cartographier autant de cerveaux entiers. Étonnamment, l’équipe a découvert que si les souris devenaient aveugles, les gènes du cortex visuel commençaient à ressembler à ceux des zones corticales voisines du cerveau.
« Les effets de la perte de vision étaient très étendus », explique Chen. « Le cortex visuel lui-même change. Cela ressemble davantage aux zones qui l’entourent. De nombreuses questions subsistent quant à la manière dont le développement contrôle cette configuration.
Chen travaille désormais à étendre encore davantage les capacités de BARseq. Lui et son équipe utilisent cette technique pour étudier comment les connexions sont établies dans le cerveau en développement et comment ces connexions évoluent.
« Comprendre comment les aires corticales sont constituées est la première étape pour comprendre ces connexions », dit-il. «Mais ce n'est pas suffisant. Nous devons encore découvrir comment ils progressent au cours du développement. BARseq peut nous rapprocher de cet objectif.
