La congélation rapide révèle la structure des connexions cérébrales

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Modèle 3D d’épines dendritiques (en violet) créant des synapses avec des a

Modèle 3D d’épines dendritiques (en violet) créant des synapses avec des axones contenant des vésicules (en jaune). Crédit : Graham Knott (EPFL)

Des scientifiques de l’EPFL ont utilisé une méthode de congélation rapide pour révéler la véritable structure des connexions qui relient les neurones du cerveau adulte.

Image: Modèle 3D d’épines dendritiques (en violet) créant des synapses avec des axones contenant des vésicules (en jaune). Le fond est une image de tissu cérébral vu par microscope électronique. Crédit : Graham Knott (EPFL)

La plupart des connexions synaptiques dans le cerveau adulte se situent sur les épines dendritiques. Ces dernières sont de petites excroissances de l’ordre du micromètre qui s’étendent depuis la surface des neurones. La taille et la forme exactes des épines déterminent la qualité de la transmission des signaux d’un neurone à un autre.

Ces détails deviennent très importants lorsque les neuroscientifiques veulent modéliser les circuits cérébraux ou comprendre comment les neurones s’échangent des informations via les circuits neuronaux du cerveau. Cependant, leur petite taille et les difficultés à préserver le tissu cérébral dans son état naturel ont toujours laissé sans réponse la question de la véritable structure de l’épine dendritique.

Des scientifiques de la Faculté des sciences de la vie de l’EPFL ont aujourd’hui utilisé une méthode de congélation rapide de jets d’azote liquide, combinés à de très hautes pressions, pour préserver instantanément de petits fragments de tissu cérébral. Les chercheurs, des laboratoires de Graham Knott et de Carl Petersen, ont alors utilisé l’imagerie 3D haute résolution avec des microscopes électroniques pour révéler les similitudes entre la véritable structure des épines dendritiques et celle montrée dans de précédentes études, à l’exception d’un aspect important : la méthode de congélation rapide a montré des épines dendritiques avec des branches nettement plus fines.

Cette découverte valide un vaste ensemble de données théoriques et fonctionnelles qui remonte à de nombreuses années, ce qui démontre que les épines dendritiques sont des compartiments chimiques et électriques, isolés du reste du neurone par une branche mince et très résistante. Les variations du diamètre des branches ont un impact important sur la manière dont une synapse influence le reste du neurone.

« Outre le fait qu’ils révèlent la véritable forme de ces structures cérébrales importantes, ces travaux soulignent l’utilité des méthodes de congélation rapide et de la microscopie électronique pour obtenir une image plus détaillée de l’architecture des cellules et tissus », affirme Graham Knott.

Graham Knott, Nik Papageorgiou