La diversité dans le cerveau ou comment des millions de neurones deviennent uniques

Une étude menée par l'University of Basel publiée dans Cell Reports révèle comment il est possible que tant de types de neurones différents et hautement spécifiques apparaissent dans le cerveau. En effet, un modèle mathématique développé par les chercheurs démontre que différentes variantes de gènes permettent une telle diversité aléatoire. Ils décrivent que, malgré le nombre incalculable de neurones nouvellement formés, les variantes génétiques équipent les neurones individuellement et précisément pour leur fonction spécifique.

Selon les chercheurs, le cerveau est l'organe le plus complexe et se compose d'environ 100 milliards de neurones. Pour une transmission sans erreur des informations et pour un fonctionnement adéquat, les cellules individuelles doivent être programmées pour se connecter au partenaire d'interaction adéquatement. Les gènes déterminent la fonction des neurones. Les quelque 30 000 gènes seuls ne suffisent toutefois pas à créer la diversité nécessaire des neurones individuels.

Les chercheurs ont étudié les cellules souches embryonnaires au cours de leur maturation en neurones et ont développé un modèle mathématique de leur développement. Le modèle mathématique révèle comment la diversité et la précision neuronales observées sont obtenues par des variantes de gènes, appelées isoformes.

Selon les chercheurs, les différentes variantes de gènes uniques permettent le développement d'une grande diversité de neurones individuels. Les chercheurs croient que seule la combinaison d'isoformes permet de générer des populations de neurones si diverses par un nombre assez limité de gènes. Les combinaisons des isoformes sont choisies de manière aléatoire. Ce processus aléatoire peut cependant entraîner de grandes variations du nombre d'isoformes exprimés dans les cellules individuelles Cependant, les chercheurs précisent qu'il est important d'avoir un nombre identique ou similaire de gènes exprimés pour que les neurones interagissent spécifiquement avec d'autres neurones.

Les chercheurs expliquent que le développement de neurones individuels est une sorte de production de masse avec libération aléatoire. Des millions de neurones sont formés comme sur une chaîne de montage. Les chercheurs ont découvert que la diversité et la précision combinatoires ne sont pas des phénomènes mutuellement opposés mais plutôt de travailler ensemble, Contrairement aux attentes précédentes, le nombre d'isoformes différentes dans la cellule et la précision exclusive augmentent simultanément pendant la maturation des neurones. En bref: plus il y a de variants d'isoformes, plus ils sont exclusifs et distribués uniformément dans les neurones individuels.

Les chercheurs terminent en mentionnant, puisquechaque gène est exprimé différemment et ne possède pas tous des isoformes différentes, les résultats ne peuvent pas être appliqués à tous les gènes.