Les neurones producteurs de norépinéphrine dans le locus coeruleus, un petit noyau du tronc cérébral, ont été découverts comme ayant deux types distincts de cellules qui se connectent linéairement via des jonctions lacunaires – de nouvelles découvertes qui ont des implications profondes pour la neuropsie –

“Dans cette étude, nous avons entrepris la tâche ardue de cartographier les connexions locales des neurones producteurs de NE dans le locus coeruleus”, a déclaré le Dr Jiang. “Il s’agit de la première étude d’une ampleur et d’un détail sans précédent à être réalisée sur le locus coeruleus, et en fait, sur n’importe quel système de neurotransmetteur monoamine. Notre étude a révélé que les neurones du locus coeruleus ont une hétérogénéité cellulaire et locale étonnamment riche. logique de câblage.”

Locus coeruleus détecte le danger et alerte les autres régions du cerveau

Le locus coeruleus (LC) est connu pour abriter la grande majorité des neurones libérant de la norépinéphrine dans le cerveau et régule de nombreuses fonctions cérébrales fondamentales, notamment la réponse de combat et de fuite, les cycles veille/sommeil et le contrôle de l’attention. Présents dans la région pontique du tronc cérébral, les neurones LC détectent tout danger ou menace existentiel dans notre environnement externe et envoient des signaux pour alerter les autres régions du cerveau du danger imminent.

L’action principale des neurones LC est de libérer de la noradrénaline, un neurotransmetteur et une hormone, qui augmente la vigilance et favorise l’éveil, régulant le cycle veille/sommeil et la mémoire. Des niveaux altérés de norépinéphrine sont associés à la dépression, à l’anxiété, au trouble de stress post-traumatique, aux attaques de panique, à l’hyperactivité, aux problèmes cardiaques et à la toxicomanie. Ainsi, une meilleure compréhension du fonctionnement des neurones LC est essentielle pour comprendre et identifier les thérapies pour de nombreuses affections neuropsychiatriques et neurodégénératives.

Locus coeruleus a deux sous-types cellulaires distincts, homotypiquement connectés via des jonctions lacunaires

Autrefois considérés comme un groupe homogène de neurones qui exercent une influence globale et uniforme sur l’ensemble du cerveau, des études récentes suggèrent que les neurones LC sont une population hétérogène de cellules noradrénergiques qui présentent une modularité spatiale et temporelle. Ces découvertes ont suscité l’intérêt du Dr Jiang et de son équipe pour étudier les mécanismes cellulaires et de circuit sous-jacents à la diversité fonctionnelle des neurones LC.

Pour ce faire, l’équipe a dû surmonter quelques barrières techniques pour pouvoir mesurer l’activité de plusieurs neurones LC simultanément à partir de tranches de cerveau de souris adultes. Par exemple, alors que la technique des enregistrements intracellulaires de plus de deux neurones simultanément a été utilisée pour étudier les circuits corticaux au cours des dernières décennies, il a été difficile d’utiliser cette technique pour enregistrer de petits noyaux dans le tronc cérébral tels que le LC en raison de la contrainte d’espace et nombre de cellules limité dans chaque tranche de cerveau. Dans cette étude, en optimisant la qualité des tranches et en adaptant leur système d’enregistrement aux petites tranches de tronc cérébral, Andrew McKinney, étudiant diplômé du laboratoire de Jiang et premier auteur de l’article, a réussi à enregistrer jusqu’à huit neurones LC simultanément pour la première fois. .

Ce développement technique a conduit Andrew et d’autres membres de l’équipe à faire plusieurs observations inattendues sur l’organisation et le fonctionnement des neurones LC.

Premièrement, conformément aux points de vue émergents dans le domaine, ils ont découvert que les neurones producteurs de noradrénaline dans le LC sont divers. De plus, ils ont découvert que ceux-ci peuvent être classés en au moins deux types de cellules principaux en fonction de leur morphologie et de leurs propriétés électriques et que ces sous-types occupent différents emplacements spatiaux (niches anatomiques) au sein de LC. Cette découverte a fourni une base solide et indispensable pour d’autres études approfondies de LC chez les animaux adultes.

Deuxièmement, ils ont découvert que les neurones LC ne forment pas de synapses chimiques, le type de connexion le plus courant entre les neurones. Au lieu de cela, ils forment des synapses électriques et se connectent les uns aux autres via des jonctions lacunaires. Il s’agissait d’une découverte inattendue car la pensée conventionnelle est que le couplage électrique via les jonctions lacunaires est principalement présent dans le développement du LC et non dans le LC des animaux adultes.

Troisièmement, ils ont découvert que les neurones LC du même sous-type se connectaient électriquement les uns aux autres mais ne se connectaient pas avec les neurones de l’autre type, fournissant le premier indice cellulaire et de circuit pour la modularité fonctionnelle du LC et ouvrant des voies pour comprendre comment fonctionnel la modularité apparaît au sein du système noradrénergique et contrôle dynamiquement divers processus. Ces résultats indiquent que, étant donné que chaque type de cellule a des emplacements anatomiques préférentiels dans LC et différentes cibles de projection, chaque réseau homotypique intra-cellulaire couplé électriquement peut coordonner ou synergiser leur entrée ou leur sortie dans son ensemble pour s’engager dans des fonctions distinctes des circuits comme ils transportent des informations du cerveau vers diverses cibles telles que les muscles ou les glandes.

Enfin, contrairement aux connexions en forme de toile qui sont typiques des synapses chimiques entre les neurones du système nerveux central, les neurones LC d’un seul sous-type ont été découverts pour former des connexions électriques uniques en forme de chaîne linéaire les unes avec les autres. Cela fournit le premier indice expérimental sur la façon dont les réseaux neuronaux couplés électriquement sont organisés dans le cerveau.

“Cette étude met en lumière plusieurs questions inexplorées sur l’organisation cellulaire et des circuits du locus coeruleus en particulier et offre également plusieurs nouvelles informations sur d’autres aspects plus larges de la physiologie cérébrale”, a déclaré le Dr Jiang. « Nous prévoyons que ces nouvelles découvertes seront d’un grand intérêt pour les neuroscientifiques cellulaires, systémiques et computationnels et inspireront plusieurs études futures pour comprendre comment chaque neurone au sein de LC interagit les uns avec les autres pour donner naissance à un réseau synchronisé », a ajouté le Dr Jiang. “De plus, étant donné que la dérégulation du LC a été impliquée dans de nombreux troubles neuropsychiatriques et neurodégénératifs, notamment l’autisme et la maladie d’Alzheimer, ces découvertes fournissent une base de connaissances essentielle pour déchiffrer les mécanismes cellulaires et de circuit de ces maladies.”

Les autres personnes impliquées dans l’étude étaient Ming Hu, Amber Hoskins, Arian Mohammadyar, Nabeeha Naeem, Junzhang Jing, Saumil Patel et Bhavin Sheth. Ils sont affiliés à une ou plusieurs des institutions suivantes : Jan and Dan Duncan Neurological Research Institute du Texas Children’s Hospital, Baylor College of Medicine et l’Université de Houston. L’étude a été soutenue par plusieurs subventions de recherche et de formation des National Institutes of Health et du Main Street America Fund.