Une étude met en lumière la façon dont le sommeil et l’éveil régulent les synapses inhibitrices

Une étude met en lumière la façon dont le sommeil et l’éveil régulent les synapses inhibitrices

Dans un modèle murin, les chercheurs ont découvert un nouveau rythme quotidien dans un type de synapse qui atténue l'activité cérébrale. Ces connexions neuronales, appelées synapses inhibitrices, sont rééquilibrées afin que nous puissions consolider les nouvelles informations dans des souvenirs durables pendant le sommeil. Les résultats, publiés dans PLOS Biology, pourraient aider à expliquer comment de subtils changements synaptiques améliorent la mémoire chez l'homme. L'étude a été dirigée par des chercheurs de l'Institut national des troubles neurologiques et des accidents vasculaires cérébraux (NINDS), qui fait partie des National Institutes of Health.

L'inhibition est importante pour tous les aspects de la fonction cérébrale. Mais depuis plus de deux décennies, la plupart des études sur le sommeil se sont concentrées sur la compréhension des synapses excitatrices. Il s’agit de la première étude visant à comprendre comment le sommeil et l’éveil régulent les synapses inhibitrices.

M. Wei Lu, chercheur principal au NINDS

Dans cette étude, le Dr Kunwei Wu, chercheur postdoctoral dans le laboratoire du Dr Lu, étudie ce qui se passe au niveau des synapses inhibitrices pendant le sommeil et l'éveil chez la souris. Les enregistrements électriques des neurones de l’hippocampe – une région cérébrale importante pour la formation de la mémoire – ont révélé un schéma d’activité jusqu’alors inaperçu. Pendant l’éveil, l’activité inhibitrice « tonique » constante augmente tandis que l’inhibition « phasique » rapide diminue. Ils ont également découvert une amélioration beaucoup plus forte, dépendante de l'activité, des réponses électriques inhibitrices dans les neurones de souris éveillées, ce qui suggère que l'éveil, mais pas le sommeil, pourrait renforcer davantage ces synapses.

Les neurones inhibiteurs utilisent le neurotransmetteur acide gamma-aminobutyrique (GABA) pour réduire l'activité du système nerveux. Au niveau des synapses inhibitrices, ces neurones libèrent des molécules GABA dans la fente synaptique, l'espace entre les neurones où diffusent les neurotransmetteurs. Les molécules se lient aux récepteurs GABA de type A (GABAA) à la surface des neurones excitateurs voisins, ce qui les rend moins susceptibles de se déclencher.

D'autres expériences ont montré que les changements synaptiques pendant l'éveil étaient provoqués par un nombre accru de récepteurs α5-GABAA. Lorsque les récepteurs étaient bloqués chez des souris éveillées, l’amélioration des réponses électriques phasiques, dépendante de l’activité, diminuait. Ceci suggère que l’accumulation de récepteurs GABAA pendant l’éveil pourrait être essentielle à la construction de synapses inhibitrices plus fortes et plus efficaces, un processus fondamental connu sous le nom de plasticité synaptique.

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"Au fur et à mesure que vous apprenez de nouvelles informations au cours de la journée, les neurones sont bombardés de signaux excitateurs provenant du cortex et de nombreuses autres zones du cerveau. Pour convertir ces informations en mémoire, vous devez d'abord les réguler et les affiner - c'est là qu'intervient l'inhibition", a déclaré le Dr Lu.

Des études antérieures ont montré que les changements synaptiques dans l'hippocampe peuvent être provoqués par des signaux provenant des interneurones inhibiteurs, un type de cellule spécialisé qui ne représente qu'environ 10 à 20 % des neurones du cerveau. Il existe plus de 20 sous-types différents d'interneurones dans l'hippocampe, mais des études récentes ont mis en évidence deux types, appelés parvalbumine et somatostatine, qui jouent un rôle essentiel dans la régulation des synapses.

Pour identifier quel interneurone était responsable de la plasticité observée, l'équipe du Dr Lu a utilisé l'optogénétique, une technique qui utilise la lumière pour allumer ou éteindre les cellules, et a découvert que l'éveil conduisait à davantage de récepteurs α5-GABAA et à des composés plus puissants de parvalbumine, mais pas de somatostatine, des interneurones.

Les humains et les souris partagent des circuits neuronaux similaires qui sont à la base du stockage de la mémoire et d’autres processus cognitifs essentiels. Ce mécanisme pourrait permettre aux intrants inhibiteurs de contrôler avec précision le flux et le reflux de l’information entre les neurones et à travers des réseaux cérébraux entiers.

"L'inhibition est en fait assez puissante car elle permet au cerveau de fonctionner de manière plus précise, ce qui est essentiellement à la base de toute perception", a déclaré le Dr Lu.

L’inhibition étant essentielle à presque tous les aspects du fonctionnement cérébral, cette étude pourrait aider les scientifiques à comprendre non seulement les cycles veille-sommeil, mais également les troubles neurologiques résultant de rythmes cérébraux anormaux, comme l’épilepsie.

À l'avenir, le groupe du Dr Lu explorera les bases moléculaires du transport des récepteurs GABAA vers les synapses inhibitrices.

Cette étude a été financée en partie par le programme de recherche intra-muros du NINDS.

Source:

Instituts nationaux de la santé

Référence:

Wu, K. et coll. (2022) Les cycles de sommeil et d’éveil modulent dynamiquement la plasticité synaptique inhibitrice de l’hippocampe. Biologie PLOS. est ce que je.org/10.1371/journal.pbio.3001812.

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