Une découverte incroyable sur le cerveau des mammifères surprend les chercheurs
Une enzyme vitale s'allume et s'éteint au hasard, même en prenant des pauses de plusieurs heures.
Dans le cadre d'une nouvelle percée visant à mieux comprendre le cerveau des mammifères, des chercheurs de l'université de Copenhague ont fait une incroyable découverte. En effet, une enzyme vitale qui permet la transmission des signaux cérébraux s'active et se désactive de manière aléatoire, même en prenant des "pauses" de plusieurs heures. Ces découvertes pourraient avoir un impact majeur sur notre compréhension du cerveau et sur le développement de produits pharmaceutiques.
L'illustration de couverture montre des adénosine triphosphatases de type vacuolaire (V-ATPases, grandes structures bleues) sur une vésicule synaptique d'une cellule nerveuse du cerveau d'un mammifère.
C. Kutzner, H. Grubmüller and R. Jahn/Max Planck Institute for Multidisciplinary Sciences.
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Des millions de neurones s'échangent en permanence des messages pour former des pensées et des souvenirs et nous permettre de bouger notre corps à volonté. Lorsque deux neurones se rencontrent pour échanger un message, les neurotransmetteurs sont transportés d'un neurone à l'autre à l'aide d'une enzyme unique.
Ce processus est crucial pour la communication neuronale et la survie de tous les organismes complexes. Jusqu'à présent, les chercheurs du monde entier pensaient que ces enzymes étaient actives à tout moment pour transmettre les signaux essentiels en continu. Mais c'est loin d'être le cas.
Grâce à une méthode révolutionnaire, des chercheurs du département de chimie de l'université de Copenhague ont étudié de près l'enzyme et découvert que son activité s'active et se désactive à des intervalles aléatoires, ce qui contredit notre compréhension antérieure.
"C'est la première fois que quelqu'un étudie ces enzymes du cerveau des mammifères, une molécule à la fois, et nous sommes impressionnés par le résultat. Contrairement à la croyance populaire et à de nombreuses autres protéines, ces enzymes peuvent cesser de fonctionner pendant quelques minutes ou quelques heures. Pourtant, le cerveau des humains et des autres mammifères est miraculeusement capable de fonctionner", explique le professeur Dimitrios Stamou, qui a dirigé l'étude depuis le centre des systèmes cellulaires géométriquement conçus du département de chimie de l'université de Copenhague.
Jusqu'à présent, ces études étaient réalisées avec des enzymes très stables provenant de bactéries. Grâce à cette nouvelle méthode, les chercheurs ont étudié pour la première fois des enzymes de mammifères isolées du cerveau de rats. Aujourd'hui, l'étude est publiée et fait la couverture de la revue scientifique Nature.
La commutation enzymatique pourrait avoir des implications considérables pour la communication neuronale.
Les neurones communiquent à l'aide de neurotransmetteurs. Pour transférer les messages entre deux neurones, les neurotransmetteurs sont d'abord pompés dans de petites vessies membranaires (appelées vésicules synaptiques). Les vésicules agissent comme des récipients qui stockent les neurotransmetteurs et ne les libèrent entre les deux neurones que lorsqu'il est temps de délivrer un message.
L'enzyme centrale de cette étude, appelée V-ATPase, est chargée de fournir l'énergie nécessaire aux pompes à neurotransmetteurs dans ces conteneurs. Sans elle, les neurotransmetteurs ne seraient pas pompés dans les conteneurs et ces derniers ne seraient pas en mesure de transmettre des messages entre les neurones.
Mais l'étude démontre que dans chaque conteneur, il n'y a qu'une seule enzyme ; lorsque cette enzyme s'éteint, il n'y a plus d'énergie pour entraîner le chargement des neurotransmetteurs dans les conteneurs. Il s'agit d'une découverte entièrement nouvelle et inattendue.
"Il est presque incompréhensible que le processus extrêmement critique de chargement des neurotransmetteurs dans les conteneurs soit délégué à une seule molécule par conteneur. Surtout lorsque nous constatons que, dans 40 % des cas, ces molécules sont désactivées", déclare le professeur Dimitrios Stamou.
Ces résultats soulèvent de nombreuses questions intrigantes :
"L'arrêt de la source d'énergie des conteneurs signifie-t-il que beaucoup d'entre eux sont effectivement vides de neurotransmetteurs ? Une fraction importante de conteneurs vides aurait-elle un impact significatif sur la communication entre les neurones ? Si tel est le cas, s'agirait-il d'un "problème" que les neurones ont évolué pour contourner, ou pourrait-il s'agir d'une toute nouvelle façon de coder des informations importantes dans le cerveau ? Seul le temps nous le dira", conclut-il.
Une méthode révolutionnaire pour cribler les médicaments de la V-ATPase
L'enzyme V-ATPase est une cible médicamenteuse importante car elle joue un rôle crucial dans le cancer, les métastases cancéreuses et plusieurs autres maladies potentiellement mortelles. La V-ATPase est donc une cible lucrative pour le développement de médicaments anticancéreux.
Les tests existants pour cribler les médicaments contre la V-ATPase sont basés sur la moyenne simultanée du signal de milliards d'enzymes. Connaître l'effet moyen d'un médicament est suffisant tant qu'une enzyme fonctionne constamment dans le temps ou lorsque les enzymes fonctionnent ensemble en grand nombre.
"Or, nous savons maintenant que ni l'un ni l'autre n'est nécessairement vrai pour la V-ATPase. Par conséquent, il est soudainement devenu essentiel de disposer de méthodes permettant de mesurer le comportement de chaque V-ATPase afin de comprendre et d'optimiser l'effet souhaité d'un médicament", explique le premier auteur de l'article, le Dr Elefterios Kosmidis, du département de chimie de l'université de Copenhague, qui a dirigé les expériences dans le laboratoire.
La méthode mise au point ici est la toute première à pouvoir mesurer les effets des médicaments sur le pompage des protons de molécules uniques de V-ATPase. Elle permet de détecter des courants plus d'un million de fois plus petits que la méthode du patch clamp, qui constitue la référence en la matière.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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