Une solution au mystère des neurosciences vieux de 125 ans fournit des indices sur le traitement de l'épilepsie

Les scientifiques du Virginia Tech Carilion Research Institute ont résolu un mystère du cerveau vieux de 125 ans et ont ainsi découvert un traitement potentiel contre l'épilepsie acquise.

Depuis 1893, les scientifiques ont découvert l'existence de structures énigmatiques appelées réseaux périneuronaux enroulés autour de neurones, mais la fonction des réseaux demeurait incertaine.

Maintenant, une équipe de recherche dirigée par Harald Sontheimer, directeur du centre VTCRI de biologie gliale dans la santé, la maladie et le cancer et directrice exécutive de la School of Neuroscience, une division du Virginia Tech College of Science, a déterminé le impulsions électriques dans le cerveau. De plus, des crises cérébrales peuvent survenir si les filets sont dissous.

La découverte, publiée le vendredi 9 novembre dans Nature Communications, a des implications sur diverses formes d'épilepsie acquise, un type de crise épileptique résultant de lésions cérébrales causées par un traumatisme, une infection ou des tumeurs au cerveau.

«Nous avons commencé par étudier l'épilepsie associée à une tumeur et nous avons accidentellement appris quelque chose d'important sur le fonctionnement du cerveau en cas de maladie et de santé», a déclaré Sontheimer.

Les chercheurs ont initialement découvert un modèle murin d'épilepsie provoquée par le cancer mortel du cerveau appelé glioblastome, dont le premier symptôme est souvent une crise convulsive.

Le glioblastome est le seul cancer dont la croissance est limitée par l'espace. Étant donné que le crâne empêche le cancer de s’étendre vers l’extérieur, la tumeur produit un neurotransmetteur excitateur appelé glutamate, en quantités excessives, qui tue les cellules saines voisines pour permettre la croissance.

Les chercheurs ont constaté que le glutamate ciblait des cellules cérébrales, produisant un neurotransmetteur chimique appelé «GABA», qui apaise généralement les neurones en les empêchant de déclencher des impulsions électriques une fois les messages relayés. Sans GABA, le cerveau devient trop excité et peut saisir.

En plus du glutamate, la tumeur sécrète également une enzyme visant à détruire la matrice extracellulaire environnante, une substance semblable à un gel qui maintient les cellules du cerveau en place. Les glioblastomes sont extrêmement malins et notoirement invasifs – l’enzyme est le couteau qui coupe les liens du cancer et permet à celui-ci de migrer librement.

«De manière inattendue, nous avons également vu l'enzyme attaquer les réseaux périneuronaux», a déclaré Sontheimer, notant que les réseaux se trouvaient principalement enroulés autour des neurones inhibiteurs sécrétant du GABA, qui aident à prévenir les crises. "Ce fut une surprise de voir cet effet de proximité de l'activité épileptique une fois que les neurones ont été dépouillés de leurs réseaux."

Le neurobiologiste italien Camillo Golgi a été le premier à identifier les réseaux périneuronaux en 1893, mais il a mal compris leur fonction. Golgi a qualifié les réseaux de "corsets" et a expliqué qu'ils empêchaient probablement la messagerie entre les neurones.

Au contraire, Sontheimer a découvert que les réseaux permettaient la messagerie. Les neurones couverts par les réseaux périneuronaux ont une capacité membranaire ou une capacité de stockage de charge électrique réduite, ce qui signifie qu'ils peuvent déclencher une impulsion et se recharger deux fois plus vite que les neurones non-nets.

Lorsque les neurones inhibiteurs perdent leurs réseaux périneuronaux, les résultats peuvent être catastrophiques. Les chercheurs ont appliqué l'enzyme à des cerveaux sans tumeurs et ont constaté que la dégradation enzymatique des réseaux périneuronaux était suffisante pour provoquer des crises, même lorsque les neurones étaient intacts.

"Sans les réseaux périneuronaux, les neurones inhibiteurs déclencheraient trop lentement et par conséquent, l'inhibition devient trop faible, trop tard et une crise se produit – même dans des cerveaux par ailleurs en bonne santé", a déclaré Sontheimer, soulignant que l'enzyme peut dévorer un réseau périneuronal en moins de 30 minutes. "Personne n'a pensé que ces structures auraient un effet aussi profond sur le fonctionnement des processus normaux."

Les chercheurs étudient actuellement comment les réseaux périneuronaux pourraient jouer un rôle dans d'autres formes d'épilepsie acquise, pouvant résulter d'une blessure à la tête ou d'une infection cérébrale. Une telle élucidation pourrait amener les chercheurs à découvrir des solutions pharmacologiques potentielles.

"Il est important de noter que la découverte d'une perturbation induite par la tumeur dans les réseaux périneuronaux contribue à un déséquilibre de la neurotransmission inhibitrice suggère une nouvelle cible pour une intervention thérapeutique visant à contrôler les crises associées à une tumeur", a déclaré H. Steve White, professeur et directeur du département de pharmacie du École de pharmacie de l'Université de Washington à Seattle (Washington).

White, expert renommé dans le domaine de la recherche sur le développement de médicaments anticonvulsifs et d'épilepsie, n'a pas participé à l'étude de Sontheimer.

"Bien que des études supplémentaires soient nécessaires, il est probable que les résultats rapportés par le Dr Sontheimer et son équipe soient applicables à d'autres formes d'épilepsie acquise dans lesquelles les lésions cérébrales sont associées à une réponse inflammatoire accrue", a déclaré White, soulignant que les conséquences pour le traitement et la prévention de l'épilepsie sont particulièrement frappantes dans la mesure où les thérapies actuelles visent à contrôler les crises. "Bien que le contrôle des symptômes de la maladie soit important, les résultats de cette étude suggèrent un chemin possible vers une modification du développement et de la progression de l'épilepsie, ce qui réduirait la charge globale supportée par le patient."

Selon l'Organisation mondiale de la santé, plus de 50 millions de personnes dans le monde souffrent d'épilepsie. Environ un tiers de ces personnes ne répondent pas aux traitements antiépileptiques actuels.

"Si nous confirmons notre hypothèse selon laquelle les réseaux périneuronaux digérés sont responsables d'autres formes d'épilepsie acquise, un traitement potentiel pourrait alors être un inhibiteur d'enzyme", a déclaré Sontheimer.

Il a noté qu'un tel inhibiteur est déjà approuvé par la FDA pour d'autres utilisations, mais il a également averti qu'il y avait une quantité importante de recherche à mener avant que leur hypothèse ne soit confirmée.

«Nous avons besoin de nouvelles approches pour traiter l'épilepsie. Je pense que cela pourrait être un moyen efficace de contrôler les crises », a déclaré Sontheimer. «Et nous avons résolu un mystère de 125 ans en neurosciences! C’est l’essentiel de la science fondamentale: garder l’esprit ouvert et attentif pour répondre aux questions anciennes et nouvelles. ”

Cet article a été republié à partir de documents fournis par Virginia Tech. Remarque: le contenu peut avoir été modifié pour la longueur et le contenu. Pour plus d'informations, veuillez contacter la source citée.

Référence: Tewari, B.P., Chaunsali, L., Campbell, S.L., Patel, D.C., Goode, A.E. et Sontheimer, H. (2018). Les réseaux périneuronaux diminuent la capacité membranaire des interneurones à pics rapides péritumoraux dans un modèle d'épilepsie. Nature Communications, 9 (1), 4724. https://doi.org/10.1038/s41467-018-07113-0