Neurones : des vésicules de transport autonomes

Science

Une équipe a découvert comment les vésicules transportant des molécules indispensables s'auto-propulsent à l'intérieur des neurones en produisant leur propre énergie. Une découverte qui ouvre un nouvel espoir dans la lutte contre les maladies neurodégénératives.

AlzheimerParkinsonHuntington...  Un grand nombre de maladies neurodégénératives partagent un point commun : dans les neurones, les vésicules dédiées au transport de diverses molécules indispensables à leur bon fonctionnement font mal leur travail. Mais pour trouver une solution à ce problème, encore faudrait-il bien comprendre comment ces vésicules se déplacent. "Notre équipe* vient de découvrir qu'elles s'auto-propulsent en transformant elles-mêmes du glucose en "ATP", cette source d'énergie majoritairement produite par les mitochondries lors de la respiration des cellules", explique Frédéric Saudou, directeur du Grenoble Institut des neurosciences.

Des enzymes qui transforment le glucose en énergie

Dans un premier temps, les chercheurs ont réussi à récupérer, isoler  puis purifier des vésicules de transport intraneuronal, issues de cerveaux de souris génétiquement modifiées pour rendre ces vésicules spécifiques fluorescentes. Grace à de puissants outils de séquençage protéiques, ils ont ensuite identifié leurs différents types de protéines constitutives, 1 291 au total.

Parmi les protéines plus abondantes sur ces vésicules, les chercheurs ont identifié dix enzymes dites "glycolytiques". Leur particularité ? En combinant leurs efforts, elles sont capables de transformer du glucose en ATP. In vitro, les chercheurs ont alors réduit l'activité de ces enzymes en appliquant une molécule qui les empêche d'utiliser le glucose présent. Conséquence : la vitesse de déplacement des vésicules a diminuée d'autant. En levant cette inhibition, la vitesse revenait à la normale.

Toujours in vitro, l'équipe a ensuite monté un dispositif composé de vésicules de transport intraneuronal prélevées sur des souris, des molécules nécessaires aux enzymes glycolytiques pour produire de l'ATP à partir de glucose et... des "rails" tels que ceux utilisés par les vésicules dans les neurones (des microtubules). Enfin, les chercheurs se sont assurés que le milieu de culture ne contenait aucune mitochondrie, ni aucun autre composant neuronal susceptible de fournir de l'ATP.

Une piste déjà explorée sur la maladie de Huntington

© F. Saudou - Neurones dans une chambre microfluidique

Résultat : les enzymes glycolytiques des vésicules se sont bien mises à produire de l'ATP en grande quantité. Mieux encore, les vésicules ont effectivement réussi à se déplacer le long des  microtubules. Et plus elles se déplaçaient le long des microtubules, plus leurs moteurs moléculaires consommaient d'ATP. CQFD ! "C'est la première fois qu'une étude met en évidence un système locomoteur autonome pour ces vésicules neuronales, totalement indépendant des mitochondries !", se félicite  Frédéric Saudou.

Ce résultat ouvre de nouvelles pistes de lutte contre les maladies neurodégénératives. En effet, certaines  de ces pathologies pourraient bien être associées à des altérations affectant des enzymes glycolytiques indispensables à ce mécanisme de propulsion. Si c'est bien le cas, "une nouvelle stratégie thérapeutique serait alors de stimuler ces enzymes glycolytiques afin de rétablir le transport intraneuronal dans ces pathologies", conclut Frédéric Saudou. Son équipe vient de lancer des travaux en ce sens sur la maladie de Huntington. Dans cette maladie, le transport des vésicules contenant une molécule indispensable à la survie des neurones est en effet altéré.

Note

* Grenoble Institut des Neurosciences (unité 1216 Inserm/Université Grenoble Alpes/CHU de Grenoble),  Institut Curie(Unité Inserm 1005, UMR 3306 - CNRS, Université Paris Sud 11, Orsay),  Institut interdisciplinaire de neurosciences (UMR 5297 - CNRS, Bordeaux), Technische Universität Dresden (Allemagne).

Source

M-V. Hinckelmann et coll. Self-propelling vesicles define glycolysis as the minimal energy machinery for neuronal transport. Nature Communications, DOI:10.1038/ncomms13233, 2016.