Le séquençage de l'ADN pourrait cartographier le câblage du cerveau

Les neuroscientifiques prévoient d'utiliser un virus qui transporte l'ADN de neurone à neurone, combiné à la technologie de séquençage de l'ADN, pour comprendre comment le cerveau de la souris est câblé, cellule par cellule.

Le projet proposé par Antoine Zador et d'autres à Laboratoire de Cold Spring Harbor à New York, cependant, offre un moyen moins coûteux et plus rapide de cartographier les conversations de neurone à neurone qui se déroulent dans le cerveau et pourrait faire la lumière sur des troubles tels que l'autisme ou la schizophrénie.

L'effort serait un ajout passionnant au domaine en plein essor des projets de connectome - les efforts de recherche pour cartographier les connexions neuronales dans le cerveau - déclare Amy Bernard, directrice de la science structurée au Institut Allen pour la science du cerveau à Seattle. Pour comprendre tout fondement d'une maladie ou d'une fonction, il est essentiel de comprendre d'abord votre liste de pièces : ce que sont toutes les cellules et comment elles s'emboîtent, explique Bernard.

Les symptômes de nombreux troubles et maladies du cerveau, en particulier des affections mal comprises telles que l'autisme ou la schizophrénie, pourraient résulter de connexions anormales dans le cerveau. On pense en grande partie que ces maladies pourraient avoir un impact sur le schéma de câblage du cerveau. Comprendre la version normale nous aidera à comprendre quand elle n'est pas correctement connectée et ce qui ne va pas, explique Bernard.

La plupart des projets de connectome reposent sur une inspection visuelle de la structure du cerveau à l'aide de colorants et de microscopes de traçage des neurones. Ces méthodes permettent aux scientifiques de voir comment les principales routes neuronales relient une zone du cerveau à une autre, mais elles ne permettent pas une vue rapprochée des synapses (l'intersection de deux neurones où les informations sont échangées). Des méthodes de microscopie plus intensives permettent des vues de haute précision des synapses, mais le processus est long et coûteux. Compte tenu des milliards de synapses estimées dans un cerveau de souris, une méthode plus rapide et à haut débit pourrait accélérer notre compréhension de la façon dont les neurones communiquent entre eux dans le cerveau des mammifères.

Dans PLOS Biologie cette semaine, l'équipe décrit une méthode dans laquelle de petits extraits d'ADN sont transmis d'un neurone à l'autre dans le cadre d'un virus. Chaque neurone est étiqueté avec un code-barres ADN unique - une poignée de lettres ou de bases d'ADN dans un ordre spécifique qui sera unique à chaque neurone. Avec seulement 20 lettres, l'équipe peut étiqueter de manière unique un billion de neurones, bien plus qu'il n'en existe dans le cerveau d'une souris.

Nous concevons le virus pour déplacer les codes-barres à travers les synapses, alors maintenant, chaque neurone devient un sac de codes-barres, contenant des copies de son propre code-barres et des copies de tous les neurones qui lui parlent, explique Zador.

Une fois que le virus aura transporté les codes-barres d'un neurone à un autre, une autre astuce de biologie moderne sera utilisée pour cartographier les connexions. L'équipe récoltera l'ADN du cerveau et séquencera les codes-barres combinés. Les ordinateurs détermineront ensuite quels neurones ont échangé des codes-barres entre eux.

Cette stratégie est vraiment sympa, d'autant plus que le coût du séquençage est en baisse, dit Bernard. Cela ne vous donnera pas les informations sur l'ensemble du cerveau et la structure complète sur lesquelles se concentrent certains des autres projets de connectome, mais fournira plutôt une vue plus rapprochée des connexions du cerveau.

Zador espère que les données du connectome de son équipe aideront les scientifiques à affiner leur hypothèse sur le fonctionnement du cerveau en leur fournissant des données sur la façon dont il est câblé.

À l'heure actuelle, notre connaissance des circuits est si rudimentaire que [les hypothèses sont] largement sans contraintes, explique Zador. Lorsque les chercheurs ont une idée du fonctionnement du cerveau, ils n'ont aucun moyen de vérifier facilement si le câblage du cerveau est compatible avec leur hypothèse. L'un de mes principaux espoirs était que nous puissions [améliorer] notre compréhension des circuits à un point où nous pourrions alors progresser beaucoup plus rapidement dans la compréhension de la façon dont le cerveau calcule.

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