Une étude menée par l'Allen Institute for Brain Science, utilisant un outil de cartographie avancé appelé BARseq, a révélé que des combinaisons spécifiques de neurones confèrent des identités distinctes aux régions du cerveau chez la souris. Les expériences sensorielles, telles que la vision, sont essentielles au maintien de ces signatures cellulaires uniques, comme le montrent les changements importants survenus dans le cortex visuel lorsque la vue est privée. Cette technique offre une manière nouvelle et efficace d’explorer l’organisation du cerveau et l’impact des entrées sensorielles sur l’architecture neuronale.
Les résultats de l’étude mettent en évidence l’impact crucial des expériences sensorielles sur le développement du cerveau.
Les scientifiques ont compris depuis longtemps que notre cerveau est structuré en zones distinctes, chacune dédiée à des fonctions spécifiques. Par exemple, le cortex visuel gère ce que nous voyons et le cortex moteur contrôle les mouvements. Cependant, les mécanismes de formation de ces régions – et la manière dont leurs éléments constitutifs neuronaux diffèrent – restent un mystère.
Une étude publiée dans Nature jette un nouvel éclairage sur le paysage cellulaire du cerveau. Les chercheurs de l’Allen Institute for Brain Science ont utilisé une méthode avancée appelée BARseq pour classer et cartographier rapidement des millions de neurones dans neuf cerveaux de souris. Ils ont découvert que même si les régions du cerveau partagent les mêmes types de neurones, la combinaison spécifique de ces cellules confère à chaque zone une « signature » distincte, semblable à une carte d'identité cellulaire.
L’équipe a ensuite exploré comment les entrées sensorielles influencent ces signatures cellulaires. Ils ont découvert que les souris privées de vue subissaient une réorganisation majeure des types cellulaires au sein du cortex visuel, ce qui brouillait les distinctions avec les zones voisines. Ces changements ne se limitaient pas à la zone visuelle mais se produisaient dans la moitié des régions corticales, bien que dans une moindre mesure.
Mara Rue, Ph.D., co-auteur principal et scientifique à l'Allen Institute for Brain Science. Crédit : Peter Kim/Allen Institute
L'étude souligne le rôle central des expériences sensorielles dans la formation et le maintien de l'identité cellulaire unique de chaque région du cerveau.
« BARseq nous permet de voir avec une précision sans précédent comment les entrées sensorielles affectent le développement du cerveau », a déclaré Xiaoyin Chen, Ph.D., co-auteur principal de l'étude et chercheur adjoint à l'Institut Allen. « Ces vastes changements illustrent l’importance de la vision dans la formation de notre cerveau, même au niveau le plus élémentaire. »
Un nouvel outil puissant de cartographie cérébrale
Auparavant, capturer des données unicellulaires sur plusieurs cerveaux était un défi, a déclaré Mara Rue, Ph.D., co-auteur principal et scientifique à l'Institut Allen. Mais BARseq est moins cher et prend moins de temps que des technologies de cartographie similaires, a-t-elle déclaré, permettant aux chercheurs d'examiner et de comparer l'architecture moléculaire du cerveau de plusieurs individus.
BARseq marque les cellules cérébrales individuelles avec des ARN des « codes-barres » pour suivre leurs connexions à travers le cerveau. Ces données, combinées à l’analyse de l’expression génique, permettent aux scientifiques de localiser et d’identifier un grand nombre de neurones dans des tranches de tissus.
Pour cette étude, les chercheurs ont utilisé BARseq comme méthode autonome pour analyser rapidement l’expression des gènes dans des échantillons de tissus intacts. En seulement trois semaines, les chercheurs ont cartographié plus de 9 millions de cellules provenant de huit cerveaux.
L'ampleur et la rapidité de BARseq fournissent aux scientifiques un nouvel outil puissant pour approfondir les subtilités du cerveau, a déclaré Chen.
« BARseq nous permet d'aller au-delà de la cartographie de ce à quoi ressemble un cerveau « modèle » ou « standard » et de commencer à l'utiliser comme un outil pour comprendre comment les cerveaux changent et varient », a déclaré Chen. « Avec ce débit, nous pouvons désormais poser ces questions de manière très systématique, ce qui est impensable avec d'autres techniques. »
Chen et Rue ont souligné que la méthode BARseq est disponible gratuitement. Ils espèrent que leur étude encouragera d’autres chercheurs à l’utiliser pour étudier les principes d’organisation du cerveau ou se concentrer sur les types de cellules associés à la maladie.
« Ce n'est pas quelque chose que seuls les grands laboratoires peuvent faire », a déclaré Rue. « Notre étude est une preuve de principe selon laquelle BARseq permet à un large éventail de personnes dans le domaine d'utiliser la transcriptomique spatiale pour répondre à leurs propres questions. »
