Une anatomie récemment découverte protège et surveille le cerveau
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De la complexité des réseaux de neurones aux fonctions et structures biologiques de base, le cerveau humain ne révèle ses secrets qu’à contrecœur. Les progrès de la neuro-imagerie et de la biologie moléculaire n’ont permis aux scientifiques que récemment d’étudier le cerveau vivant à un niveau de détail inatteignable auparavant, révélant nombre de ses mystères. La dernière découverte, décrite aujourd’hui dans la revue La scienceest un composant jusqu’alors inconnu de l’anatomie du cerveau qui agit à la fois comme une barrière protectrice et comme une plate-forme à partir de laquelle les cellules immunitaires surveillent le cerveau à la recherche d’infections et d’inflammations.
La nouvelle étude provient des laboratoires de Maiken Nedergaard, codirectrice du Centre de neuromédecine translationnelle de l’Université de Rochester et de l’Université de Copenhague et de Kjeld Møllgård, MD, professeur de neuroanatomie à l’Université de Copenhague. Nedergaard et ses collègues ont transformé notre compréhension de la mécanique fondamentale du cerveau humain et ont fait des découvertes importantes dans le domaine des neurosciences, notamment en détaillant les nombreuses fonctions critiques de cellules cérébrales auparavant négligées appelées glie et le processus unique du cerveau d’élimination des déchets, que le laboratoire a appelé le système glymphatique.
“La découverte d’une nouvelle structure anatomique qui sépare et aide à contrôler le flux de liquide céphalo-rachidien (LCR) dans et autour du cerveau nous permet désormais de mieux apprécier le rôle sophistiqué que joue le LCR non seulement dans le transport et l’élimination des déchets du cerveau, mais aussi en soutenant ses défenses immunitaires », a déclaré Nedergaard.
L’étude se concentre sur les membranes qui enveloppent le cerveau, qui créent une barrière avec le reste du corps et le maintiennent baigné dans le LCR. La compréhension traditionnelle de ce que l’on appelle collectivement la couche méningée, une barrière composée de couches individuelles appelées dure-mère, arachnoïde et pie.
La nouvelle couche découverte par l’équipe de recherche basée aux États-Unis et au Danemark divise en outre l’espace sous la couche arachnoïdienne, l’espace sous-arachnoïdien, en deux compartiments, séparés par la couche nouvellement décrite, que les chercheurs nomment SLYM, une abréviation de Ssous-arachnoïdien LYde type mphatique Membrasse. Bien qu’une grande partie de la recherche dans l’article décrive la fonction de SLYM chez la souris, elle signale également sa présence réelle dans le cerveau humain adulte.
Le SLYM est un type de membrane appelé mésothélium, qui est connu pour tapisser d’autres organes du corps, y compris les poumons et le cœur. La mésothélie entoure et protège généralement les organes et abrite des cellules immunitaires. L’idée qu’une membrane similaire pourrait exister dans le système nerveux central était une question posée pour la première fois par Møllgård, le premier auteur de l’étude. Ses recherches portent sur la neurobiologie du développement et sur les systèmes de barrières qui protègent le cerveau.
La nouvelle membrane est très mince et délicate, et se compose d’une seule ou de quelques cellules d’épaisseur. Pourtant le SLYM est une barrière étanche, et ne laisse passer que de très petites molécules ; il semble séparer le LCR “propre” et “sale”. Cette dernière observation fait allusion au rôle probable joué par SLYM dans le système glymphatique, qui nécessite un flux et un échange contrôlés de LCR, permettant l’afflux de LCR frais tout en éliminant les protéines toxiques associées à la maladie d’Alzheimer et à d’autres maladies neurologiques du système nerveux central. Cette découverte aidera les chercheurs à comprendre plus précisément la mécanique du système glymphatique, qui a fait l’objet d’une récente subvention de 13 millions de dollars de l’initiative BRAIN des National Institutes of Health au Centre de neuromédecine translationnelle de l’Université de Rochester.
Le SLYM semble également important pour les défenses du cerveau. Le système nerveux central maintient sa propre population native de cellules immunitaires, et l’intégrité de la membrane empêche les cellules immunitaires extérieures d’entrer. De plus, le SLYM semble héberger sa propre population de cellules immunitaires du système nerveux central qui utilisent le SLYM pour la surveillance à la surface du cerveau, leur permettant de scanner le liquide céphalo-rachidien à la recherche de signes d’infection.
La découverte du SLYM ouvre la porte à une étude plus approfondie de son rôle dans les maladies du cerveau. Par exemple, les chercheurs notent que des concentrations plus importantes et plus diverses de cellules immunitaires se rassemblent sur la membrane au cours de l’inflammation et du vieillissement. Lorsque la membrane s’est rompue lors d’une lésion cérébrale traumatique, la perturbation résultante du flux de LCR a altéré le système glymphatique et a permis aux cellules immunitaires non centrales du système nerveux de pénétrer dans le cerveau.
Ces observations et d’autres similaires suggèrent que des maladies aussi diverses que la sclérose en plaques, les infections du système nerveux central et la maladie d’Alzheimer pourraient être déclenchées ou aggravées par des anomalies de la fonction SLYM. Ils suggèrent également que l’administration de médicaments et de thérapies géniques au cerveau pourrait être affectée par la fonction SLYM, qui devra être prise en compte à mesure que de nouvelles générations de thérapies biologiques sont en cours de développement.
Les co-auteurs supplémentaires incluent Felix Beinlich, Peter Kusk, Leo Miyakoshi, Christine Delle, Virginia Pla, Natalie Hauglund, Tina Esmail, Martin Rasmussen, Ryszard Gomolka et Yuki Mori du Centre de neuromédecine translationnelle de l’Université de Copenhague. L’étude a été financée par la Fondation Lundbeck, la Fondation Novo Nordisk, le National Institute of Neurological Disorders and Stroke, le US Army Research Office, le Human Frontier Science Program, la Dr. Miriam and Sheldon G. Adelson Medical Research Foundation et le Fondation Simons.
