L'optogénétique

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L'optogénétique

Message par offset le Sam 30 Mai 2015 - 15:59

Contrôler le cerveau avec la lumière peut paraître effrayant. Mais les neuroscientifiques y voient surtout de formidables possibilités, en particulier pour améliorer la connaissance du fonctionnement du système nerveux et de ses vecteurs, les neurones. La lumière pourrait également devenir médicament, via l'insertion de gènes spécifiques ultra-ciblés répondant aux photons (composants de la lumière)

Le contrôle du cerveau par la lumière, kesako ?


L'optogénétique est née en 2002 de l'observation d'une protéine sensible à la lumière découverte dans une algue, la channelrhodopsine (ChR2). La présence ou l'absence de lumière va influer sur ces protéines, ce qui va modifier le comportement des cellules vivantes et des organismes. Les chercheurs ont donc eu l'idée d'introduire les gènes responsable de la fabrication de ces protéines (via un virus par exemple, qui va infecter le cerveau et y greffer les séquences d'ADN nécessaires) dans des cellules précises, afin de pouvoir les contrôler avec de la lumière.

Lorsque la cellule cible est un neurone, le fait d'y faire s'exprimer des protéines photosensibles va permettre d'en contrôler l'activité électrique. Une lumière bleue va donc pouvoir spécifiquement activer un neurone contenant les protéines photosensibles ChR2, tandis que le neurone voisin ne sera pas activé. A l'inverse, une lumière jaune inhibera spécifiquement les neurones contenant d'autres protéines, les halorhodopsines (alors qu'une électrode cérébrale va activer ou inhiber un groupe de neurones, indifféremment, en rouge à gauche sur le schéma ci-dessous) :




Or un neurone (ou un circuit neuronal spécifique), en fonction de sa localisation, peut intervenir dans la motricité, les sentiments, l'apprentissage, le sommeil, l'anxiété, la respiration, l'expression d'une pathologie, etc. Cette technologie, qui a franchi des caps décisifs en 2010 -amélioration de l'insertion de gènes dans des zones spécifiques, des technologies de mesure des effets biologiques, expériences in vivo- va donc permettre d'étudier très précisément le rôle de chaque groupe de neurones (et éventuellement agir dessus), alors que jusqu'à présent l'analyse des actions cérébrales se faisait par aires, par petites surfaces du cerveau, empiriquement (grâce à des IRM fonctionnelles notamment).

Des expériences étonnantes menées sur une souris, une mouche et un ver


En 2010, des chercheurs de l'université de Stanford (Californie) ont réussi à tester ce principe sur des souris en leur insérant au niveau cérébral les gènes nécessaires codant pour la ChR2. Ces gènes ont entraîné l'expression de la protéine photosensible au niveau de certains neurones chargés de la motricité.

Une mini-fibre optique a ensuite été "greffée" sur le cerveau des rongeurs. Lorsque cette fibre envoie de la lumière bleue, les protéines cibles sont "excitées" et commandent alors aux circuits neuronaux modifiés d'enclencher un mouvement circulaire vers la gauche. Lorsque la lumière s'éteint, la souris s'arrête, comme vous pouvez le constater sur l'étonnante vidéo ci-dessous :



https://www.youtube.com/watch?v=v7uRFVR9BPU




Les circuits neuronaux moteurs de cette souris sont donc contrôlés par la lumière...


Sur la vidéo ci-dessous de Nature, à 2'15 environ, vous pouvez voir une mouche qui cherche à s'enfuir lorsqu'elle reçoit de la lumière. Les protéines ChR2 greffées sur le cerveau de cet insecte ont été suffisamment ciblées pour ne toucher que 2 neurones, parmi 200 000... Vers 3 minutes vous pouvez également voir un ver, qui cette fois-ci a reçu des gènes codant pour l'halorhodopsine. En conséquence lorsqu'il reçoit de la lumière jaune, ses neurones moteurs sont inhibés, et il arrête de se tortiller:



https://www.youtube.com/watch?v=I64X7vHSHOE


Des souris parkinsoniennes traitées par la lumière bleue !


L'idée de Karl Deisseroth et de son équipe (université de Stanford) a été de reproduire l'expérience précédente avec des souris parkinsoniennes, dont un circuit neuronal moteur est défectueux. Ils ont donc injecté dans le striatum des souris les gènes nécessaires, qui ont inséré les protéines CHR2 dans les neurones des noyaux gris centraux (zone du cerveau où sont situés les neurones qui ne produisent plus de dopamine, ce qui provoque la maladie de Parkinson.

Résultat, l'exposition à la lumière bleue a activé spécifiquement les voies motrices défectueuses de cette zone, ce qui a permis une régression de la rigidité, de la lenteur des mouvements et des difficultés à les initier.


Dans ce cas, l'optogénétique a donc permis d'identifier très précisément les neurones qu'il faut cibler pour faire régresser les symptômes moteurs de la maladie de Parkinson. Cette découverte permettra peut-être d'élaborer un jour un traitement ciblé pour l'homme.

Vers d'autres applications en santé


D'autres expériences passionnantes sont actuellement en cours, pour essayer d'identifier avec l'optogénétique les cellules spécifiques du rythme cardiaque encore de la respiration. En novembre dernier, des chercheurs ont ainsi annoncé dans la revue Science avoir identifié grâce à l'optogénétique une douzaine de cellules seulement (cardiomyocytes) dont le dérèglement électrique modifie totalement le rythme cardiaque.

De son côté, l'équipe de Karl Deisseroth, toujours, a réussi à lever les symptômes dépressifs de souris en activant, toujours à la lumière bleue, une petite zone spécifique du cortex préfrontal qui semble impliquée dans la dépression (des autopsies d'humains dépressifs ont montré une faiblesse de cette zone).

Peut-être qu'il sera possible dans quelques années de cultiver des cellules cardiaques ou neurones tout neufs à partir de cellules souches  puis de les greffer et de contrôler leur activation par la lumière (pacemaker à lumière...). L'identification de ces cellules permettra peut-être aussi d'élaborer de nouveaux traitements, non lumineux mais très ciblés...

En conclusion : cette nouvelle technologie, saluée par Nature Methods, ouvre de nouvelles perspectives diagnostiques et thérapeutiques, même si elle est encore balbutiante. Reflet de cet intérêt mondial : l'optogénétique est actuellement étudiée par plus de 800 laboratoires dans le monde !

http://news.doctissimo.fr/Medicaments/L-optogenetique-methode-de-recherche-de-l-annee-22931

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Re: L'optogénétique

Message par offset le Mar 2 Juin 2015 - 17:51

Voici la traduction de la vidéo ci-dessus  



0:00 : Les scientifiques peuvent activer des cellules dans le cerveau de cette souris, simplement en allumant cette lumière.
Cette lumière active des cellules nerveuses qui obligent l'animal à marcher en cercle.

Cette astuce est aussi un nouvel outil très puissant utilisant la lumière pour contrôler le comportement nous enseigne tout sur comment on se lève et comment on apprend.

0:31 : Cela s'appelle l'Optogénétique

0:34 : Tout à commencé avec des algues en 2002. Des chercheurs ont découvert que la protéine qui pousse cette algue verte à s'éloigner de la lumière est un canal sensible à la lumière.

0:48 : La lumière bleue provoque l'ouverture de ce canal et l'entrée d’ions positifs dans la cellule.

1:01 : Les neuroscientifiques ont vite trouvé le potentiel de ces algo-protéines. Ils ont réalisé que s'ils pouvaient obtenir que des protéines appelées Channel Rhodopsin puissent travailler dans des millions de cellules nerveuses, ils pourraient contrôler très précisément l'activité nerveuse du cerveau.

1:15 : Pour beaucoup d'applications, cette méthode serait meilleure que l'utilisation de médicaments qui agissent trop lentement et meilleure que la stimulation électrique du cerveau qui n'est pas assez précise.

1:24 : Injecter des algo protéines, par exemple dans un cerveau de souris, requiert l'utilisation de l'ingénierie génétique.

1:32 : premièrement il faut prendre un gène contenant la protéine et ajouter un autre morceau d'ADN appelé "Promoter", et injecter le tout dans un virus.

1:38 : Quand le virus est lui-même injecté dans le cerveau de la souris, il infecte les neurones et diffuse le gène. Une sélection de ces neurones auront le bon mécanisme pour activer le "Promoter". Et l'algo protéine se libère dans la membrane de la cellule.

1:56 : Pour activer la protéine, il suffit d'envoyer la lumière via un câble en fibre optique.

2:00 : C'est la capacité à cibler des neurones spécifiques chez des animaux vivants qui rend cette technique si puissante. Et les Channel Rhodopsin ne sont pas les seules protéines utilisées dans l'Optogénétique.

2:15 : Sur cette mouche un système différent a été utilisé pour cibler seulement 2 neurones sur 200 000. L'activation de ces neurones poussent la mouche à voler. Un flash de lumière apparaît et fait sauter et battre des ailes la mouche. Elle ne peut pas s'échapper car elle est enfermée dans une capsule.

2:40 : Comme il le font pour activer des neurones par la lumière, les scientifiques veulent pouvoir désactiver ces neurones. Pour les désactiver, il suffit d'utiliser d'autres types de protéines sensibles à la lumière et d'envoyer une lumière de couleur différente.

2:56 : Regardez ce ver de terre s'interrompant quand une lumière jaune est allumée. La lumière active le halorhodopsin provoquant la désactivation des neurones du ver par des ions négatifs. Ce qui empêche le ver de gesticuler.

3:10 : Les neuro-scientifiques ne sont pas les seuls à utiliser l'Optogénétique. Comme pour activer ou désactiver des neurones, de nombreux outils permettent au chercheurs de controler de beaucoup de processus différents dans l'organisme d'animaux vivants ou sur des cellules en culture.

3:26 : Ces cellules du coeur d'une souris ont été programmées pour battre au rythme de la lumière.

3:34 : une protéine sensible à la lumière fait que ces cellules de peau se dirigent vers le laser. Les applications sont infinies.

3:44 : Les chercheurs ont déjà utilisé la lumière pour réduire le tremblement des rats atteints de parkinson

3:56 : L'Optogénétique met la lumière sur les comportements des animaux et leurs interactions avec les protéines au sein des cellules. c'est pourquoi Nature a sélectionner l’Optogénétique comme la méthode de l'année 2010.



Je remercie la personne qui m'a aidé pour la traduction

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Re: L'optogénétique

Message par bepo le Mar 2 Juin 2015 - 19:37

Merci

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Re: L'optogénétique

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