Les neurones dérivés de cellules souches capables de s’intégrer

JUSQU’À MAINTENANT on avait constaté que les neurones dérivés d’hESC possèdent des propriétés de base dont témoigne la présence de potentiels d’action (AP) ou de courants synaptiques. On a également mis en évidence l’existence spontanée de courants post-synaptiques (PSC) à leur niveau. Toutefois, l’intégration fonctionnelle complète de ces neurones est un processus complexe et, pour s’assurer de sa réalisation, il faut encore montrer que les cellules greffées sont capables, entre autres, de réguler l’activité d’un réseau neuronal pré-existant.

C’est ce que se sont appliqués à démontrer les Américains en utilisant la méthode dite de ciblage optogénétique (optogenetic targetting), qui repose sur l’utilisation de la lumière pour activer les cellules nerveuses et qui permet ainsi d’étudier le comportement neuronal. Les chercheurs ont donc observé ce qui se passe quand des neurones hESC sont placés en co-culture prolongée avec des neurones corticaux d’embryons de souris.

Ils constatent d’abord que les neurones d’hESC adoptent le même mode de « bursting » neuronal que les cellules de souris après 4 à 8 semaines de co-culture. Le bursting est un phénomène observé au niveau de certains neurones ; il s’agit de la survenue de plusieurs salves rapides entre de longues périodes calmes (sans pics) sur le tracé de l’activité électrique neuronale. Ce bursting est en revanche absent parmi les neurones humains cultivés isolément. Les neurones humains sont par conséquent capables d’une activité de bursting synchronisée lorsqu’ils sont mis en co-culture avec des neurones de souris suffisamment longtemps.

Mais l’observation suivante est encore plus intéressante. La greffe des neurones humains est également capable d’influencer le comportement des réseaux corticaux murins. Les chercheurs montrent en effet que les neurones dérivés d’hESC modulent l’excitabilité des cellules de souris au travers d’une transmission synaptique excitatoire (glutaminergique) et/ou inhibitrice (GABAergique).

Connexions fonctionnelles.

Pour démontrer, enfin, que les neurones humains sont capables de former des connections fonctionnelles avec les neurones de souris, Su-Chun Zhang et coll. ont greffé des neurones dérivés d’hESC exprimant la Channelrhodopsine-2 (une protéine qui réagit en lumière bleue) au niveau de la région CA3 de l’hippocampe de souris SCID. La stimulation optique des neurones humains induit des courants post-synaptiques au niveau des cellules pyramidales murines. Les cellules pyramidales sont des neurones à rôle central dans l’intégration des signaux convergents.

La technique de ciblage optogénétique employée par les chercheurs américains leur permet donc de démontrer que les neurones dérivés de cellules souches embryonnaires humaines possèdent une capacité d’intégration synaptique complète au bout de 4 à 8 semaines de co-culture avec des neurones de souris. Non seulement les cellules humaines greffées adoptent le mode d’activité (bursting) électrique des cellules hôtes, mais elles peuvent engendrer, au niveau de ces dernières, des courants post-synaptiques à la fois excitatoires et inhibiteurs et moduler leur activité électrique au travers de la création de connexions synaptiques. Des travaux complémentaires seront toutefois nécessaires pour affirmer l’existence d’un lien de cause à effet entre l’intégration synaptique et les modifications du comportement neuronal observées dans cette étude.

JP Weick, Y Liu & S-C Zhang. Human embryonic stem cell-derived neurons adopt and regulate the activity of an established neural network. Proc Natl Acad Sci USA (2011) Publié en ligne.