Comment s’explique l’extrême rapidité du cerveau?

Par Chris Chipello, McGill Salle de Presse

Selon une nouvelle étude, la vitesse de traitement fulgurante du cerveau tient en partie aux interactions étonnamment complexes entre les récepteurs des neurotransmetteurs et d’autres protéines clés.

Des scientifiques de l’Université McGill et leurs collaborateurs des universités d’Oxford et de Liverpool ont appliqué diverses techniques expérimentales pour étudier les récepteurs AMPA. Ces macromolécules protéiques d’action rapide jouent un rôle de premier plan dans les voies de signalisation du cerveau. Les résultats de l’étude ont été publiés en ligne dans la revue Neuron.

Les neuroscientifiques s’emploient à élucider les mécanismes de signalisation du cerveau, information clé dans la compréhension de nombreuses maladies mentales, de l’autisme à la maladie d’Alzheimer. Ils se heurtent cependant à un écueil : le cerveau passe constamment de l’action au repos et change d’état en un millième de seconde.

Les équipes de recherche du Canada et du Royaume-Uni ont relevé le défi avec brio. En associant de multiples techniques, elles ont analysé la structure atomique du récepteur AMPA et ses interactions avec ses protéines partenaires ou accessoires.

« Nous avons constaté que les rapports entre les récepteurs AMPA et les protéines partenaires qui les modulent étaient beaucoup plus complexes que nous le pensions », explique Derek Bowie, chercheur principal, professeur de pharmacologie à McGill et directeur de GÉPROM, groupe de recherche interuniversitaire du Québec qui étudie la fonction et le rôle des protéines membranaires dans un contexte de santé et de maladie.
 
« C’est essentiellement grâce à une méthode de simulation par calcul informatique appelée dynamique moléculaire que nous avons compris ce qui régissait ces interactions », précise Philip Biggin, professeur agrégé à l’Université d’Oxford et l’un des auteurs principaux. « C’est un peu comme si on suivait à la trace le déplacement de ces protéines à l’aide d’un puissant microscope. »

« Ce qu’il y a de particulier dans nos travaux, c’est que les trois équipes à l’œuvre ont eu recours à une panoplie d’approches expérimentales et théoriques pour trouver réponse à leurs questions », souligne Tim Green, chargé de cours principal à la tête du groupe de Liverpool. « L’étude de la structure atomique des récepteurs AMPA par radiocristallographie nous a permis de confirmer bon nombre des conclusions de l’étude », poursuit-il.

En collaborant, les trois laboratoires ont fait une percée majeure. Aujourd’hui, nous comprenons mieux comment le cerveau arrive à transmettre de l’information si rapidement, conclut le Pr Bowie. « Maintenant, indique-t-il, nous verrons s’il est possible de mettre au point des médicaments novateurs qui cibleront ces interactions rapides. »

Cette étude a été financée par Brain@McGill, les Instituts de recherche en santé du Canada, la Fiducie Leverhulme, le Conseil de recherches médicales, le Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie du Canada, la Fondation Alfred Benzon et le Programme des chaires de recherche du Canada. Le GÉPROM est financé par le Fonds de recherche du Québec – Santé (FRQS).

L’article « Distinct Structural Pathways Coordinate the Activation of AMPA Receptor-Auxiliary Subunit Complexes », par G. Brent Dawe et coll., a été publié en ligne dans Neuron, le 25 février 2016. http://www.cell.com/neuron/fulltext/S0896-6273(16)00063-5