Certaines zones du cerveau adulte contiennent des cellules souches neurales dormantes ou en sommeil qui peuvent potentiellement être réactivées pour former de nouveaux neurones. Cependant, la transition de la quiescence à la prolifération est encore mal comprise. Une équipe dirigée par des scientifiques des Universités de Genève (UNIGE) et de Lausanne (UNIL) a découvert l’importance du métabolisme cellulaire dans ce processus et comment ces cellules souches neurales peuvent être réveillées et réactivées. Les biologistes ont réussi à augmenter le nombre de nouveaux neurones dans le cerveau de souris adultes et même âgées. Ces résultats, prometteurs pour le traitement des maladies neurodégénératives, ont été publiés dans la revue Science Advances.

La perte de cellules souches neurales chez les personnes âgées entrave les processus d’apprentissage et de mémorisation

Les cellules souches ont la capacité unique de se reproduire continuellement, donnant naissance à des cellules différenciées aux fonctions plus spécialisées. Les cellules souches neurales (CSN) sont responsables de la construction du cerveau au cours du développement embryonnaire et génèrent toutes les cellules du système nerveux central, y compris les neurones.

Il est surprenant de constater que les CSN persistent dans certaines régions du cerveau, même après la formation complète de celui-ci, et qu’elles peuvent former de nouveaux neurones tout au long de la vie. Ce phénomène biologique, appelé neurogenèse adulte, est important pour certaines fonctions telles que les processus d’apprentissage et de mémoire. Toutefois, dans le cerveau adulte, ces cellules souches deviennent plus silencieuses ou « dormantes », ce qui réduit leur capacité à se renouveler et à se différencier. Par conséquent, la neurogenèse diminue sensiblement avec l’âge. Les laboratoires de Jean-Claude Martinou, professeur émérite au Département de biologie moléculaire et cellulaire de la Faculté des sciences de l’UNIGE, et de Marlen Knobloch, professeur associé au Département des sciences biomédicales de la Faculté de biologie et de médecine de l’UNIL, ont mis en évidence un mécanisme métabolique qui permet aux CPN adultes de sortir de leur état de dormance et de devenir actives.

L’activation des cellules souches neurales conduit à la formation de nouveaux neurones dans le cerveau

Les chercheurs ont découvert que les mitochondries, les organites producteurs d’énergie dans les cellules, sont impliquées dans la régulation du niveau d’activation des CSN adultes. Le transporteur mitochondrial de pyruvate (MPC), un complexe protéique découvert il y a onze ans, joue un rôle particulier dans cette régulation. Son activité affecte les options métaboliques qu’une cellule peut utiliser. En connaissant les voies métaboliques qui distinguent les cellules actives des cellules dormantes, les scientifiques peuvent réveiller les cellules dormantes en modifiant leur métabolisme mitochondrial.

Options thérapeutiques potentielles

Les biologistes ont bloqué l’activité de la MPC en utilisant des inhibiteurs chimiques ou en créant des souris mutantes pour le gène Mpc1. Grâce à ces approches pharmacologiques et génétiques, les scientifiques ont pu activer des CSN dormantes, générant ainsi de nouveaux neurones dans le cerveau de souris adultes et même âgées. Grâce à ces travaux, les chercheurs ont pu montrer que le détournement des voies métaboliques peut directement affecter l’état d’activité des CSN adultes et donc le nombre de neurones nouvellement formés. Ces résultats apportent un nouvel éclairage sur le rôle du métabolisme cellulaire dans la régulation de la neurogenèse. À long terme, ces résultats pourraient déboucher sur des traitements potentiels pour des affections telles que la dépression ou les maladies neurodégénératives.

Rajeunir le cerveau grâce aux cellules souches

Des recherches antérieures ont montré que l’augmentation du nombre de cellules souches dans le cerveau contribuerait à restaurer les fonctions cognitives, telles que l’apprentissage et la mémoire, qui se perdent avec l’âge. Pour étudier cette question, les scientifiques du Centre des thérapies régénératives de l’Université technique de Dresde (CRTD) ont utilisé une méthode mise au point en laboratoire pour stimuler la petite réserve de cellules souches neurales situées dans le cerveau afin d’augmenter leur nombre et d’accroître le nombre de neurones produits par ces cellules souches. De manière surprenante, davantage de cellules nerveuses ont pu survivre dans le cerveau de souris âgées et établir de nouveaux contacts avec les cellules voisines. Les scientifiques ont ensuite examiné une capacité cognitive importante qui se perd avec l’âge, comme chez les souris et les humains : La navigation.

Il est bien connu que les gens apprennent à s’adapter à un nouvel environnement différemment selon qu’ils sont jeunes ou vieux. À un jeune âge, le cerveau peut créer et mémoriser une carte cognitive de l’environnement, mais cette capacité diminue avec l’âge. Comme solution alternative au problème, sans carte cognitive de l’environnement, les cerveaux âgés doivent apprendre les séquences fixes de tours et de détours nécessaires pour atteindre un objectif spécifique. Bien que les deux stratégies puissent sembler similaires à première vue, seule une carte cognitive peut permettre aux personnes de naviguer efficacement lorsqu’elles doivent partir d’un nouvel endroit ou atteindre une nouvelle destination.

Un plus grand nombre de neurones contribue à ralentir le processus de vieillissement du cerveau

L’augmentation du nombre de neurones suffirait-elle à contrer le déclin de la capacité de navigation du cerveau et à ralentir le processus de vieillissement ? La réponse est oui : les vieilles souris dotées d’un plus grand nombre de cellules souches et de neurones ont retrouvé leur capacité perdue à cartographier l’environnement et s’en souviennent plus longtemps, ce qui les rapproche des jeunes souris. Mieux encore, lorsque des cellules souches neurales ont été stimulées dans le cerveau de jeunes souris, les troubles cognitifs ont été retardés et la mémoire a été mieux préservée tout au long de la vie naturelle des animaux.

Chez les jeunes, une zone du cerveau appelée hippocampe est essentielle pour se souvenir des lieux et des événements, et est également responsable de la création de cartes de nouveaux environnements. En revanche, les personnes âgées utilisent d’autres structures qui sont davantage liées au développement d’habitudes. Il était intéressant de constater que l’ajout de neurones à l’hippocampe de souris âgées leur permettait d’utiliser des stratégies typiques des jeunes animaux. Il ne s’agissait pas seulement de la rapidité avec laquelle elles apprenaient, mais de la différence du processus d’apprentissage lui-même.

L’homme possède également quelques cellules souches dans son cerveau, dont on sait qu’elles diminuent rapidement au cours de la vie. Identifier les causes des déficits cognitifs chez les personnes âgées et les sauver est crucial dans notre société qui vieillit rapidement. Les chercheurs ont pu montrer que les déficiences liées à l’âge peuvent être contrées en privant le cerveau de son potentiel neurogénique endogène, rajeunissant ainsi sa fonction.