Utilisateur:Ruyblas13/Élagage synaptique

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Modélisation d'une liaison synaptique.

L'élagage synaptique, qui comprend à la fois l'élagage des axones et des dentrides, est le processus d'élimination des synapses qui se produit entre la petite enfance et le début de la puberté chez de nombreux mammifères, y compris les humains[1]. L'élagage débute juste après l'heure de la naissance et se développe ultérieurement avec la phase de maturation sexuelle chez l'homme[2]. À la naissance, le cerveau humain comporte entre 15 et 32 milliards de neurones[3]. Ce nombre de cellules nerveuses se porte à environ 86,1 (± 8,1) milliards de neurones arrivé l'âge adulte[4]. [3] [ pas dans la citation donnée ] En terme de volume, le cerveau infantile augmentera en taille jusqu'à 5 fois pour atteindre l'âge adulte. Deux facteurs contribuent à cette croissance : d'une part la croissance des connexions synaptiques entre les neurones et d'autre part la myélinisation des fibres nerveuses. Néanmoins, le nombre total de neurones demeure le même[5]. L'élagage est influencé par des facteurs environnementaux et est largement considéré comme représentant l'apprentissage[5]. Après l'adolescence, le volume des connexions synaptiques diminue à nouveau en raison de l'élagage synaptique[5].

Généralités et contexte du mécanisme d'élagage[modifier | modifier le code]

De manière générale, l'élagage synaptique est un mécanisme biologique intervenant entre la naissance et l'âge adulte, autrement dit au cours du développement, et qui permet le retrait et l'élimination des synapses. Outre l'espèce humaine, ce processus se manifeste chez de nombreux êtres vivants[1]. L'élagage débute juste après l'heure de la naissance et se développe ultérieurement avec la phase de maturation sexuelle chez l'homme[2]. À la naissance, le cerveau humain comporte entre 15 et 32 milliards de neurones[3]. Ce nombre de cellules nerveuses se porte à environ 86,1 (± 8,1) milliards de neurones arrivé l'âge adulte[4]. [3] [ pas dans la citation donnée ] En terme de volume, le cerveau infantile augmentera en taille jusqu'à 5 fois pour atteindre l'âge adulte. Deux facteurs contribuent à cette croissance : d'une part la croissance des connexions synaptiques entre les neurones et d'autre part la myélinisation des fibres nerveuses. Néanmoins, le nombre total de neurones demeure le même[5]. L'élagage est influencé par des facteurs environnementaux et est largement considéré comme représentant l'apprentissage[5]. Après l'adolescence, le volume des connexions synaptiques diminue à nouveau en raison de l'élagage synaptique[5].

Variations[modifier | modifier le code]

Élagage de régulation[modifier | modifier le code]

À la naissance, les neurones, au sein des cortex cérébraux visuel et moteur sont étroitement associés au colliculus supérieur, à la moelle épinière, mais également au pont — partie inférieure du cerveau également connu sous les termes de « pont de Varole » —. Les neurones de chaque cortex sont sélectivement élagés, ce qui laisse les connexions avec les centres de traitement fonctionnellement appropriés. Par conséquent, les neurones du cortex visuel élèvent les synapses avec des neurones dans la moelle épinière, et le cortex moteur coupe les connexions avec le colliculus supérieur. Cette variation d'élagage est connue sous le nom d'« élagage à l'axone stéréotypé à grande échelle ». Les neurones envoient des branches axiales longues dans des zones cibles appropriées et inappropriées, et les connexions inappropriées sont finalement éliminées[6].

Les événements régressifs affinent l'abondance des connexions, réalisés au cours la neurogenèse, pour créer un circuit spécifique et mature[7]. La neurolyse, processus déterminé par apoptose de la cellule nerveuse et l'élagage sont les deux principales phénomènes biologiques permettant la séparation des connexions synaptiques indésirables. Lors de l'apoptose, le neurone est tué et toutes les connexions qui lui sont associées sont également éliminées. En revanche, le neurone, qui ne meurt pas au cours d'un l'élagage, nécessite toutefois la rétraction des axones à partir de connexions synaptiques qui ne sont pas fonctionnellement appropriées[8].

Il a été établi que la finalité ou l'objectif d'un élagage synaptique est d'éliminer les structures neuronales inutiles du cerveau. Ainsi, à mesure que le cerveau humain se développe, la nécessité de comprendre des structures plus complexes devient beaucoup plus pertinente, et les associations plus simples formées à l'enfance sont prédestinées à être remplacer par des structures plus complexes[9].

Bien qu'il y ait (existe) plusieurs relations avec la régulation du développement cognitif de l'enfance, l'élagage se révèle être un processus d'élimination des neurones qui peuvent être endommagés ou dégradés afin d'améliorer et de faciliter la capacité de « mise en réseau » d'une zone particulière du cerveau[9]. En outre, il a été déterminé que le mécanisme ne fonctionne pas seulement en matière de développement et de réparation, mais aussi comme moyen de maintenir continuellement une fonction cérébrale plus efficace en éliminant les neurones par leur efficacité synaptique[9].

Élagage lors de la maturation du cerveau[modifier | modifier le code]

Modélisation d'une terminaison axonale au niveau de la jonction neuromusculaire.

L'élagage qui est lié à l'apprentissage est connu sous le nom d'« élagage de l'axe de l'axone à petite échelle ». Les axones étendent leurs terminaisons axiales courtes vers les neurones au sein d'une zone cible. Certaines de ces terminaisons sont alors éliminées par effet de « concurrence » ???. La forme de sélection des liaisons axonales suit le principe de « l'utiliser ou de le perdre », cette propriété sélective étant déterminée selon la plasticité synaptique. Cela signifie que les synapses fréquemment utilisées ont des connexions fortes alors que les synapses rarement utilisées sont éliminées. Les exemples observés chez les vertébrés comprennent l'élagage des extrémités axonales au niveau de la jonction neuromusculaire, laquelle est localisée dans le système nerveux périphérique, mais également l'élagage de l'entrée des fibres du cervelet, structure de l'encéphale qui est en relation avec l'ensemble du système nerveux central[6].

De manière plus précise, ou plus détaillée, chez l'homme, l'élagage synaptique a pu être observé (étudié, établit, déterminé) grâce à l'inférence des différences dans le nombre estimé de cellules gliales et de neurones entre les enfants et les adultes, qui diffère considérablement dans le noyau thalamique médiodorsal.

Dans une étude menée en 2007 à l'Université d'Oxford, les chercheurs ont comparé 8 cerveaux humains de nouveau-nés avec ceux de 8 adultes. Ces travaux ont été réalisés en utilisant des estimations basées sur la taille et les preuves recueillies à partir du fractionnement stéréologique. Ils ont montré que, en moyenne, les estimations des populations de neurones adultes étaient inférieures de 41 % à celles des nouveau-nés dans la région qu'ils mesuraient, le noyau thalamique médiodorsal[10].

Cependant, en ce qui concerne le nombre total de cellules gliales, les résultats observés chez des invindus adultes se révèlent plus importants que celles des nouveau-nés : 36,3 millions en moyenne chez les cerveaux adultes, contre 10,6 millions dans les échantillons de nouveau-nés[10]. La structure du cerveau est censée changer lorsque la dégénérescence et la défaillance se produisent dans des situations postnatales, bien que ces phénomènes n'aient pas été observés dans certaines études[10]. Pendant la phase de développement, il est peu probable que les neurones qui se trouvent en voie de perte par mort cellulaire programmée soient réutilisés, mais plutôt remplacés par de nouvelles structures neuronales ou synaptiques. Ces mécanismes se sont révélés parallèles aux changements structurels au sein de la matière grise sous-corticale.

L'élagage synaptique est répertorié séparément des événements régressifs observés concernant les individus plus âgés. Bien que l'élagage du développement dépende de l'expérience, la détérioration des connexions, processus synonyme de vieillesse, ne le sont pas. La modélisation d'un élagage stéréotypé peut trouver une analogie avec le ciselage et le moulage de la pierre pour confectionner une statue. Une fois la statue terminée, les phénomènes météorologiques commenceront à éroder la statue et cela représente l'expérience de suppression indépendante des connexions.

Processus ou mécanismes[modifier | modifier le code]

Les trois modèles expliquant l'élagage synaptique sont la dégénérescence axonale, la rétraction axonale et l'excrétion d'axones. Dans tous les cas, les synapses sont formées par un terminal d'axone transitoire, et l'élimination des synapses est causée par l'élagage des axones. Chaque modèle offre une méthode différente dans laquelle l'axone est supprimé pour supprimer la synapse. Dans l'élagage d'axon à petite échelle, l'activité neurale est considérée comme un régulateur important, mais le mécanisme moléculaire demeure incertain. D'autre part, il est probable que les hormones et les facteurs trophiques sont les principaux facteurs extrinsèques qui régissent l'élagage des axones stéréotypés à grande échelle[6].

Dégénérescence axonale[modifier | modifier le code]

Chez une espèce telle que la drosophile, des changements importants ont été apportés au système nerveux pendant sa métamorphose. La métamorphose est déclenchée par l'mollécule hormonale stéroïde de l'ecdysone et, pendant cette période, un élagage et une réorganisation étendus au niveau du réseau neuronal se produisent. Par conséquent, il a été déterminé que l'élagage synaptique chez cet insecte est déclenché par l'activation des récepteurs ecdysone. Les études de dénervation à la jonction neuromusculaire des vertébrés ont montré que le mécanisme d'élimination des axones s'apparente de manière significative à la dégénérescence wallérienne[11]. Cependant, l'élagage global et simultané observé chez la drosophile diffère de l'élagage du système nerveux des mammifères, ce dernier se produisant localement et sur plusieurs phases de développement[6].

Rétractation axonale[modifier | modifier le code]

Le tronc cérébral. Le faisceau infrapyramidal apparaît ici en rouge.
Coupe schématique du thalamus. La zone dénommée « OR » représente la strate d'oriens.

Les branches de l'axone se rétractent de manière distale (proche de l'extrémité d'un membre) à proximale (à proximité de la base d'un membre). Dans ce cas, il est très probable que les contenus axonaux rétractés soient recyclés dans d'autres parties de l'axone. Toutefois, le mécanisme biologique par lequel l'élagage axonal survient demeure encore incertain concernant le système nerveux central des mammifères. Pour autant, chez une espèce telle que la souris, des études ont mis en évidence que l'élagage pourrait être associé à des molécules dite d'« orientation ». Les molécules de « guidage » servent à contrôler le repérage des axones par répulsion ainsi qu'à amorcer l'élagage de connexions synaptiques protubérentes. Les ligands des sémaphorines, les récepteurs des neuropilines mais également ceux des plexines (en) sont utilisés pour induire la rétraction des axones pour initier l'élagage hippocampo-septal et le faisceau infrapyramidal (IPB). L'élagage stéréotypé des projections de l'hippocampe s'est avéré être significativement altéré chez les souris présentant un défaut en Plexin-A3. Plus précisément, les axones qui sont reliés à une cible transitoire se rétractent une fois que les récepteurs Plexin-A3 sont activés par les ligands de la classe 3 de la sémaphorine. Dans l'IPB, l'expression de l'ARNm pour sémaphorine 3F (en), présente dans l'hippocampe lors de la période prénatale, se perd après la naissance et retourne dans la strate de oriens (en) (une partie de l'hippocampe)[12],[13]. En parallèle, l'apparition de l'élagage IPB se produit approximativement au même moment. Dans le cas des projections de la zone l'hippocampo-septal, l'expression de l'ARNm cible qui créé la Sema3A, a été suivie par l'initiation de l'élagage après 3 jours. Cet élément suggère que l'élagage est déclenché une fois que le ligand atteint les niveaux de protéines de seuil quelques jours après l'apparition de l'ARNm détectable[14]. L'élagage des axones le long du tube corticospinal visuel (CST) est défectueux chez les mutants de neuropiline-2 ; tandis que pour les souris mutantes possédant un double plexin-A3 et plexin-A4, au cours du processus d'élagage, la Sema3F s'exprime normalement au sein de la moelle épinière. De surcroît, ces observations révèlent qu'il n'y a pas d'anomalie de taille du CST moteur observé chez les individus « double plexin-A3 et plexin-A4 »[6].

Une élagage stéréotypé a également été observé dans la confection de branches d'axone surtensions de la formation de rétinotopie. Des études ont permis de démontrer que éphrine, mais également les récepteurs de cette molécule (Eph) (en), régulent et dirigent les branches axiales de la rétine. La signalisation avant entre Ephrine-A et EphA, le long de l'axe antérieur - postérieur, a pu être mise en évidence : à cet effet, cette interaction semble déterminer l'inhibition de la formation de branche axiale de la rétine postérieure avec une zone terminale. La signalisation directe favorise également l'élagage des axones qui ont atteint la zone terminale. En revanche, il n'a pas encore été clairement établi que le mécanisme de rétraction observé dans l'élagage IPB soit applicable pour les axones de la rétine[15].

La signalisation inverse entre les protéines ephrin-B et leurs récepteurs tyrosines kinases Eph a été révélée pour initier le mécanisme de rétraction dans l'IPB. En outre, des observations ont montré que la molécule Ephrin-B3 transforme des signaux inverses dépendant de la phosphorylation de la tyrosine en axones de l'hippocampe qui déclenchent l'élagage des fibres IPB excessives. Le postulat proposé implique que EphB s'exprime à la surface des cellules cibles, ce qui entraînerait la phosphorylation de la tyrosine d'Ephrin-B3. La liaison essentiel d'Ephrin-B3 à la protéine adaptateur cytoplasmique, Grb4, conduit au recrutement et à la liaison de Dock « 180 » et des kinases activées par les enzymes PKA. La liaison de Dock180 (en) augmente les niveaux Rac-GTP (en), et PKA sert à diriger la signalisation en aval du Rac actif qui conduit à la rétraction de l'axone, aboutissant ainsi à un éventuel élagage[16].

Excrétion axonale[modifier | modifier le code]

L'imagerie par résonance effectuée sur des axones en retrait dans les jonctions neuromusculaires de souris, a mis en évidence un probable excès au sein du processus de taille axonal. L'axone en retrait s'est déplacé dans un ordre distal à proximal et ressemblait à une rétraction. Cependant, il y a eu de nombreux cas au cours desquels les restes ont été versés au fur et à mesure que les axones se rétractaient. Les résidus axonaux, dénommés axosomes, contenaient les mêmes organites observés dans les bulbes attachés à la fin des axones et se trouvaient généralement autour de la proximité des bulbes. Cela indique que les axosomes sont dérivés des bulbes. Par ailleurs, les axosomes n'étaient pas pourvus de cytoplasmes denses riches en électrons ou des mitochondries perturbées indiquant qu'ils n'étaient pas formés par une dégénérescence wallerienne[17].

Notes et références[modifier | modifier le code]

Notes[modifier | modifier le code]

Références[modifier | modifier le code]

  1. ↑ a et b (en) G. Chechik, I. Meilijson et E. Ruppin, « Synaptic pruning in development : a computational account. », Neural computation, vol. 10, no 7,‎ , p. 1759 à 1777 (PMID 9744896, DOI 10.1162/089976698300017124)
  2. ↑ a et b (en) J. Iglesias, J. Eriksson, F. Grize, M. Tomassini et A. Villa, « Dynamics of pruning in simulated large-scale spiking neural networks », BioSystems, vol. 79, no 9,‎ , p. 11–20 (PMID 15649585, DOI 10.1016/j.biosystems.2004.09.016).
  3. ↑ a et b Barabara Ischinger (dir.) et al., « Comment le cerveau apprend tout au long de la vie : L'architecture du cerveau : les bases », dans Barabara Ischinger et al., Comprendre le cerveau : Naissance d'une science de l'apprentissage, OECD Publishing, (lire en ligne), page 41.
  4. ↑ a et b (en) Frederico A.C. Azevedo, Lea T. Grinberg, José Marcelo Farfel, Renata E.L. Ferretti, Renata E.P. Leite et Ludmila R.B. Carvalho, « Equal numbers of neuronal and nonneuronal cells make the human brain an isometrically scaled-up primate brain », The Journal of comparative neurology, vol. 513, no 5,‎ , p. 532 à 541 (PMID 19226510, DOI 10.1002/cne.21974, lire en ligne, consulté le ).
  5. ↑ a b c d e et f (en) Fergus I. M. Craik et Ellen Bialystok, « Cognition through the lifespan : mechanisms of change », Trends in cognitive sciences, vol. 10, no 3,‎ (DOI http://dx.doi.org/10.1016/j.tics.2006.01.007, lire en ligne, consulté le ).
  6. ↑ a b c d et e (en) P. Vanderhaeghen et H.J. Cheng, « Guidance Molecules in Axon Pruning and Cell Death », Cold Spring Harbor Perspectives in Biology, vol. 2, no 6,‎ , pages 1 à 18 (PMID 20516131, PMCID 2869516, DOI 10.1101/cshperspect.a001859, lire en ligne, consulté le ).
  7. ↑ Paul Jacquin, « Introduction », Adolescence, t. 34, no 3,‎ , paragraphe 2 (DOI 10.3917/ado.097.0475., lire en ligne, consulté le ).
  8. ↑ Kenneth J. Aitken et Colwyn Trevarthen, « L'organisation soi/autrui dans le développement psychologique humain », La psychiatrie de l'enfant, vol. 46, no 2,‎ , page 484 (DOI 10.3917/psye.462.0471, lire en ligne [PDF], consulté le ).
  9. ↑ a b et c (en) Gal Chechik, Isaac Meilijison et Eytan Ruppin, « Neuronal Regulation : a mechanism for synaptic pruning during brain maturation », Neural Computation, vol. 11, no 8,‎ , p. 2061–80 (PMID 10578044, DOI 10.1162/089976699300016089).
  10. ↑ a b et c (en) Maja Abitz, Nielsen Rune Damgaard et al., « Excess of neurons in the human newborn mediodorsal thalamus compared with that of the adult », Cerebral Cortex, vol. 17, no 11,‎ , p. 2573–2578 (PMID 17218480, DOI 10.1093/cercor/bhl163, lire en ligne, consulté le ).
  11. ↑ (en) LK. Low et H.J. Cheng, « Axon pruning : an essential step underlying the developmental plasticity of neuronal connections », Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci, vol. 361,‎ , p. 1531–1544 (DOI 10.1098/rstb.2006.1883)
  12. ↑ (en) Gianmaria Maccaferri, « Stratum oriens horizontal interneurone diversity and hippocampal network dynamics », The Journal of Physiology, vol. 562,‎ , p. 73 à 80 (DOI 10.1113/jphysiol.2004.077081, lire en ligne, consulté le ).
  13. ↑ (en) Clara A. Amegandjin, Localisation régionale et subcellulaire du récepteur EphA7 dans l’hippocampe et le cervelet du rat adulte : Mémoire présenté à la Faculté de médecine en vue de l'obtention du grade de maîtrise en pathologie et biologie cellulaires Option système nerveux, Université de Montréal, (lire en ligne), page 51.
  14. ↑ (en) Anil Bagri, Hwai-Jong Cheng, Avraham Yaron, Samuel J. Pleasure et Tessier-Lavigne Marc, « Stereotyped Pruning of Long Hippocampal Axon Branches Triggered by Retraction Inducers of the Semaphorin Family », Cell, vol. 113, no 3,‎ , p. 285–299 (PMID 12732138, DOI 10.1016/S0092-8674(03)00267-8)
  15. ↑ L. Luo et G Flanagan, « Development of Continuous and Discrete Neural Maps », Neuron, vol. 56, no 2,‎ , p. 284–300 (DOI 10.1016/j.neuron.2007.10.014).
  16. ↑ (en) N. Xu et M. Henkemeyer, « Ephrin-B3 reverse signaling through Grb4 and cytoskeletal regulators mediates axon pruning », Nature Neuroscience, vol. 12,‎ , p. 268–276 (PMID 19182796, PMCID 2661084, DOI 10.1038/nn.2254).
  17. ↑ (en) D.L. Bishop, T. Misgeld, MK. Walsh, W.B. Gan et J.W. Lichtman, « Axon Branch Removal at Developing Synapses by Axosome Shedding », Neuron, vol. 44, no 4,‎ , p. 651–661 (PMID 15541313, DOI 10.1016/j.neuron.2004.10.026).

Pour approfondir[modifier | modifier le code]

Bibliographie[modifier | modifier le code]

Articles connexes[modifier | modifier le code]

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