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Le déficit en oxygène, également appelé hypoxie, dans le cerveau est en fait un état d’urgence absolu et peut endommager de façon permanente les cellules nerveuses. Néanmoins, il est de plus en plus évident que, dans une certaine mesure, l’hypoxie peut également être un signal important pour la croissance.

La croissance neurale via l’hypoxie

En collaboration avec des scientifiques des hôpitaux universitaires de Copenhague et de Hambourg-Eppendorf, des chercheurs de l’Institut Max Planck de médecine expérimentale de Göttingen ont montré chez des souris qu’une activité mentalement et physiquement exigeante déclenche non seulement une « hypoxie fonctionnelle » locale mais aussi à l’échelle du cerveau.
Bien que sous une forme atténuée, ces effets sont similaires à une privation d’oxygène. Le manque d’oxygène active, entre autres, le facteur de croissance érythropoïétine (Epo), qui stimule la formation de nouvelles synapses et cellules nerveuses. Ce mécanisme pourrait expliquer pourquoi l’entraînement physique et mental a un effet positif sur les performances mentales jusqu’à un âge avancé.
L’année dernière, des chercheurs de l’Institut Max Planck de Göttingen ont découvert, lors d’expériences sur des souris, que des activités mentalement et physiquement exigeantes provoquent un léger déficit en oxygène dans certaines régions du cerveau. Cela conduit finalement à la formation de nouvelles cellules nerveuses.
Ils ont observé que l’hypoxie active le facteur de croissance érythropoïétine (Epo) dans le cerveau. Bien qu’elle soit surtout connue pour son effet stimulant sur les globules rouges, l’Epo favorise également la formation de cellules nerveuses et leur mise en réseau dans le cerveau.

Un test avec des souris

Dans une nouvelle étude, le groupe de recherche a examiné en détail quelles régions du cerveau et quels types de cellules sont affectés par le manque d’oxygène. Pour ce faire, ils ont utilisé des souris génétiquement modifiées qui produisent une molécule dans tout le cerveau, ce qui conduit à la formation d’un colorant fluorescent lorsqu’il y a un déficit en oxygène.
Afin de mettre les souris à l’épreuve tant mentalement que physiquement, les chercheurs les ont laissé courir sur des roues spécialement préparées pendant plusieurs jours. En plus de l’effort physique, les souris devaient se concentrer pendant qu’elles couraient sur ces roues pour ne pas trébucher.
Les souris qui n’avaient pas accès à une roue et exposées à de l’air appauvri en oxygène, ont servi de groupes de comparaison. Les chercheurs ont également examiné l’activation des gènes dans différentes régions du cerveau et populations cellulaires, afin de découvrir comment le cerveau réagit à l’hypoxie induite par l’activité.

Une modification de l’activité des gènes

En fait, l’entraînement avec une roue a eu des effets similaires à la réduction de la teneur en oxygène de l’air que nous respirons. Dans les deux cas, la modification de l’activité de nombreux gènes était similaire, et un léger déficit en oxygène s’est produit dans tout le cerveau. Cependant, il y avait de grandes différences entre les types de cellules : les cellules nerveuses étaient particulièrement touchées, tandis que les cellules gliales (des cellules auxiliaires des neurones) n’étaient que légèrement affectées.
En outre, le gène Epo dans le cerveau, ainsi qu’un certain nombre d’autres gènes, est particulièrement stimulé pendant l’activité mentale et physique. « Nous ne savons toujours pas si une légère hypoxie résultant de l’activité conduit également à une mise en réseau plus forte des cellules nerveuses – et même à leur formation – chez l’homme.

Contre les maladies neurodégénératives 

Nous voulons donc mener des études similaires sur les humains – par exemple sur des sujets qui sont actifs sur des vélos d’exercice », explique Hannelore Ehrenreich, responsable de cette étude. Ces résultats pourraient à terme profiter aux patients atteints de maladies neurodégénératives dans lesquelles les cellules nerveuses meurent ou perdent leurs synapses.
Cette recherche a été publiée dans Molecular Psychiatry.
Source : Max Planck Society
Crédit photo : StockPhotoSecrets 

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