Regarder les synapses travailler
Le moment où une cellule nerveuse libère ses neurotransmetteurs dans la fente synaptique est extrêmement bref. Des chercheurs de la Charité - médecine universitaire de Berlin et du Max Delbrück Center ont réussi à le capturer au microscope. Ils présentent maintenant les images des vésicules en fusion dans la revue spécialisée Nature Communications.
Le processus ne dure que quelques millisecondes : Une vésicule, remplie de neurotransmetteurs et ne mesurant que quelques nanomètres, s'approche de la membrane cellulaire, fusionne avec elle et libère ses messagers dans la fente synaptique - de sorte qu'ils puissent s'y fixer sur la cellule nerveuse suivante. Une équipe dirigée par le professeur Christian Rosenmund, dernier auteur de la publication et directeur adjoint de l'Institut de neurophysiologie de la Charité, a capturé ce moment crucial pour le fonctionnement du cerveau sur des images microscopiques.
Des connexions ponctuelles
"Personne ne savait jusqu'à présent comment se déroulait en détail la fusion des vésicules synaptiques avec la membrane cellulaire", explique le premier auteur de l'étude, le Dr Jana Kroll, qui fait désormais des recherches dans le groupe de travail "Biologie structurelle des processus associés à la membrane" du professeur Oliver Daumke au Max Delbrück Center. "Dans nos expériences avec des neurones de souris, nous avons pu montrer qu'une connexion ponctuelle se forme d'abord. Cette minuscule tige s'élargit ensuite en un pore par lequel les neurotransmetteurs pénètrent dans la fente synaptique", explique Jana Kroll.
"A l'aide de la technologie développée sur cinq ans, on a réussi pour la première fois à observer les synapses au travail sans les perturber", ajoute Christian Rosenmund. "Jana Kroll a fait ici un véritable travail de pionnier", déclare le scientifique, qui fait également partie du comité directeur du cluster d'excellence NeuroCure.
Congelé par choc dans l'éthane
Pour observer les synapses en temps réel, les chercheurs ont utilisé des cellules nerveuses de souris qu'ils avaient préalablement modifiées à l'aide de l'optogénétique de manière à ce que les cellules soient activées par un signal lumineux - et commencent alors immédiatement à sécréter des neurotransmetteurs. En l'espace d'une à deux millisecondes, l'équipe a ensuite congelé les neurones dans de l'éthane à moins 180 degrés Celsius. "Tous les processus cellulaires s'arrêtent immédiatement lors de ce procédé, le Plunge Freezing, et peuvent être visualisés au microscope électronique", explique Jana Kroll.
Les scientifiques sont alors tombés sur un autre détail intéressant : "Nous avons pu constater que la plupart des vésicules en fusion sont reliées à au moins une autre vésicule par de petits filaments - dès qu'une vésicule fusionne avec la membrane cellulaire, la suivante est déjà prête", rapporte Jana Kroll. "Nous partons du principe que cette forme directe de recrutement des vésicules permet aux neurones d'envoyer des signaux sur une période prolongée et de maintenir ainsi leur communication".
Mieux traiter les épilepsies
La fusion des vésicules, que l'équipe a visualisée, a lieu des millions de fois chaque minute dans nos cerveaux. Comprendre le processus en détail est également important à des fins médicales : "Chez de nombreuses personnes atteintes d'épilepsie ou d'autres maladies des synapses, on connaît des mutations dans des protéines impliquées dans la fusion des vésicules", explique Christian Rosenmund. "Si nous découvrons le rôle exact de ces protéines, nous pourrons plus facilement développer des thérapies ciblées pour ces synaptopathies".
"De plus, l'approche présentée devant nous pour une cryo-microscopie électronique résolue en temps à l'aide de la lumière ne se limite pas aux neurones, mais peut être appliquée dans de nombreux domaines de la biologie structurelle et cellulaire" ajoute Jana Kroll. Elle-même souhaite maintenant répéter ses expériences au Max Delbrück Center, tout d'abord avec des neurones humains qu'elle obtient à partir de cellules souches. Ce ne sera toutefois pas une tâche facile, annonce la chercheuse : "Les cellules ont besoin d'environ cinq semaines en laboratoire avant de développer les premières synapses, et elles sont extrêmement sensibles".
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 Allemand peut être trouvé ici.
Publication originale
Jana Kroll, Uljana Kravčenko, Mohsen Sadeghi, Christoph A. Diebolder, Lia Ivanov, Małgorzata Lubas, Thiemo Sprink, Magdalena Schacherl, Mikhail Kudryashev, Christian Rosenmund; "Dynamic nanoscale architecture of synaptic vesicle fusion in mouse hippocampal neurons"; Nature Communications, Volume 16, 2025-12-13
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