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Les souris aveugles voient la lumière
Des souris aveugles ont développé une vision rudimentaire lorsque les chercheurs ont activé certaines cellules rétiniennes à l'aide d'un gène couramment trouvé dans les algues. Les souris pouvaient non seulement sentir la présence de lumière, mais elles répondaient également à un motif noir et blanc en mouvement, suggérant qu'elles pouvaient distinguer des objets d'une certaine taille.
Voyez comment ils fonctionnent : Il manque à la surface externe de la rétine de cette souris aveugle une épaisse couche de cellules photoréceptrices, qui apparaîtrait normalement comme une bande de bleu supplémentaire à l'extrême droite. Chez une souris voyante, ce sont les cellules photoréceptrices qui indiquent au système visuel quand la lumière est présente. Au lieu de cela, les cellules bipolaires ON de cette souris - un autre type de cellule rétinienne, illustré en vert - ont été conçues pour détecter et répondre à la lumière à l'aide d'une protéine de canal sensible à la lumière que l'on trouve normalement dans les algues. Les souris traitées avec le gène de cette protéine de canal se sont enfuies d'une lumière vive et ont suivi un motif noir et blanc en mouvement, suggérant qu'elles avaient des capacités visuelles rudimentaires.
Vous ne verriez pas les détails très fins, mais vous verriez des objets plus gros, dit Botond Roska , neurobiologiste au Institut Friedrich Miescher pour la recherche biomédicale , en Suisse, qui a dirigé la recherche avec des collaborateurs de Faculté de médecine de Harvard . Leurs résultats ont été publiés en ligne cette semaine dans Neurosciences de la nature .
Les souris utilisées dans l'étude ont une forme de cécité génétiquement contrôlée dans laquelle toutes les cellules photoréceptrices sont absentes de la rétine. Cette affection, causée par des maladies telles que la dégénérescence maculaire ou la rétinite pigmentaire, est la principale cause de cécité chez l'homme. Parce que les cellules photoréceptrices des souris étaient complètement absentes, les chercheurs ont ciblé la prochaine couche de cellules du circuit visuel, appelées cellules bipolaires.
Habituellement, les cellules bipolaires répondent à l'intensité lumineuse. Un sous-groupe appelé cellules bipolaires ON se déclenche en réponse à la lumière, tandis qu'un autre sous-groupe, appelé cellules bipolaires OFF, s'éteint en réponse à la lumière. Ces signaux fonctionnent ensemble pour informer le cerveau de la luminosité des objets proches. Chez les souris aveugles, aucun de ces types de cellules - qui reçoivent normalement leurs informations des cellules photoréceptrices - ne peut détecter la présence de lumière.
Le groupe de Roska a ciblé les cellules bipolaires ON, en utilisant une protéine algale photosensible appelée channelrhodopsin-2 (ChR2) pour conférer une sensibilité à la lumière là où il n'y en avait pas auparavant. Essentiellement, nous avons réorganisé les photorécepteurs dans la rétine, explique Roska.
La protéine ChR2 s'intègre dans la membrane externe d'une cellule bipolaire ON, où elle agit comme un canal photosensible. Lorsque la lumière est présente, le canal s'ouvre et des ions chargés positivement affluent dans la cellule. Cet afflux de charge positive active la cellule, déclenchant la libération de neurotransmetteurs et propageant la réponse à d'autres neurones voisins. L'effet net est qu'une impulsion lumineuse génère un signal électrique qui traverse l'œil et, finalement, le cerveau.
L'astuce consistait à cibler uniquement les cellules bipolaires ON. Si les cellules bipolaires OFF - ou l'un des nombreux autres types de cellules rétiniennes - étaient également rendues sensibles à la lumière, le cerveau recevrait des signaux mixtes en réponse à la lumière. Ainsi, avant d'injecter le gène ChR2 dans les yeux des souris, les chercheurs l'ont modifié avec un extrait d'ADN régulateur auquel seules les cellules bipolaires ON répondraient. De cette façon, même si tous les types de cellules rétiniennes ont absorbé le gène, seules les cellules bipolaires ON ont fabriqué la protéine ChR2.
Contrairement à leurs homologues aveugles, les souris traitées ont réagi à la lumière vive en courant autour de leurs cages comme pour se cacher. Et lorsqu'elles sont placées sur une plate-forme immobile à l'intérieur d'un tambour rotatif avec des rayures noires et blanches, les souris traitées ont suivi le modèle de déplacement. En utilisant des rayures de plus en plus petites, les chercheurs ont pu évaluer la limite de la capacité des souris à résoudre les détails - il s'avère qu'elle est environ deux fois moins bonne que celle des souris normales.
Ce qui était beau avec ce papier, c'est qu'ils ont pu restaurer une fonction comportementale qui était très, très propre et claire, dit Ed Boyden , professeur assistant à la Laboratoire des médias du MIT , qui a été le pionnier de l'utilisation de ChR2 pour la bio-ingénierie dans le cerveau. Il s'agit de la première amélioration comportementale signalée par les gens pour l'utilisation de ce gène dans le système visuel, explique Boyden, qui n'a pas participé à la recherche.
Si la technique est adaptée pour traiter la cécité chez l'homme, dit Roska, le gène sera probablement délivré à l'aide d'un virus appelé AAV. Ce virus est un outil courant pour la thérapie génique humaine - il a récemment été utilisé pour guérir un type extrêmement rare de cécité humaine - et il s'est avéré sûr et efficace dans un certain nombre d'essais cliniques. En ajustant sa protéine d'enveloppe, les chercheurs pourraient potentiellement adapter l'AAV pour infecter uniquement les cellules bipolaires ON, ajoutant une autre couche de spécificité.
L'administration virale pourrait amplifier l'efficacité de la technique, dit Roska, améliorant peut-être encore plus la vision. Alors que la technique utilisée pour administrer le gène dans l'étude sur la souris n'a affecté qu'environ 10 pour cent des cellules bipolaires ON, l'AAV peut étendre la portée du gène.
À l'avenir, Roska et ses collègues prévoient également d'aborder l'autre moitié du circuit bipolaire, les cellules bipolaires OFF. Récemment, Boyden et d'autres ont développé une sorte de technique sœur de ChR2, en utilisant une protéine de canal appelée halorhodopsine qui désactive les cellules en réponse à la lumière. Si l'halorhodopsine était exprimée spécifiquement dans les cellules bipolaires OFF, cette composante du circuit visuel pourrait également être restaurée. Cela vous donnerait une sorte de contrôle push-pull pour faire entrer des informations dans le cerveau, dit Boyden.
Mais le groupe de Roska est toujours à la recherche d'un régulateur génique spécifique aux cellules bipolaires OFF afin qu'elles puissent cibler l'halorhodopsine avec une spécificité adéquate. Bien que nous ayons le bon outil, dit-il, nous n'avons pas la bonne adresse.