La protéine « Magneto » génétiquement modifiée contrôle à distance le cerveau et le comportement

membrane cellulaire ; cela évoque des impulsions nerveuses qui voyagent dans la moelle épinière puis jusqu’au cerveau.

Güler et ses collègues ont estimé que les forces de couple magnétique (ou de rotation) pourraient activer TRPV4 en ouvrant son pore central, et ils ont donc utilisé le génie génétique pour fusionner la protéine à la région paramagnétique de la ferritine, ainsi que de courtes séquences d’ADN qui signalent aux cellules de transporter protéines à la membrane des cellules nerveuses et les insérer dans celle-ci.https://www.youtube-nocookie.com/embed/iHTpJNSNFlc?wmode=opaque&feature=oembedManipulation in vivo du comportement du poisson zèbre à l’aide de Magneto. Les larves de poisson zèbre présentent un comportement d’enroulement en réponse à des champs magnétiques localisés. De Wheeler et al (2016).

Lorsqu’ils ont introduit cette construction génétique dans des cellules rénales embryonnaires humaines poussant dans des boîtes de Pétri, les cellules ont synthétisé la protéine « Magneto » et l’ont insérée dans leur membrane. L’application d’un champ magnétique a activé la protéine TRPV1 modifiée, comme en témoignent les augmentations transitoires de la concentration en ions calcium dans les cellules, qui ont été détectées avec un microscope à fluorescence.

Ensuite, les chercheurs ont inséré la séquence d’ADN Magneto dans le génome d’un virus, ainsi que le gène codant pour la protéine fluorescente verte, et des séquences d’ADN régulatrices qui provoquent l’expression de la construction uniquement dans des types de neurones spécifiés. Ils ont ensuite injecté le virus dans le cerveau de souris, en ciblant le cortex entorhinal, et ont disséqué le cerveau des animaux pour identifier les cellules qui émettaient une fluorescence verte. À l’aide de microélectrodes, ils ont ensuite montré que l’application d’un champ magnétique sur les tranches de cerveau activait Magneto pour que les cellules produisent des impulsions nerveuses.

Pour déterminer si Magneto peut être utilisé pour manipuler l’activité neuronale chez les animaux vivants, ils ont injecté Magneto dans des larves de poisson zèbre, ciblant les neurones du tronc et de la queue qui contrôlent normalement une réponse d’évasion. Ils ont ensuite placé les larves de poisson zèbre dans un aquarium magnétisé spécialement construit et ont découvert que l’exposition à un champ magnétique induisait des manœuvres d’enroulement similaires à celles qui se produisent lors de la réponse d’évasion. (Cette expérience impliquait un total de neuf larves de poisson zèbre, et des analyses ultérieures ont révélé que chaque larve contenait environ 5 neurones exprimant Magneto.)

Dans une dernière expérience, les chercheurs ont injecté Magneto dans le striatum de souris au comportement libre, une structure cérébrale profonde contenant des neurones producteurs de dopamine impliqués dans la récompense et la motivation, puis ont placé les animaux dans un appareil divisé en sections magnétisées et non magnétisées. . Les souris exprimant Magneto ont passé beaucoup plus de temps dans les zones magnétisées que les souris qui ne l’ont pas fait, car l’activation de la protéine a amené les neurones striataux qui l’exprimaient à libérer de la dopamine, de sorte que les souris se sont trouvées dans ces zones gratifiantes. Cela montre que Magneto peut contrôler à distance le déclenchement des neurones profondément dans le cerveau, et également contrôler des comportements complexes.

Le neuroscientifique Steve Ramirez de l’Université Harvard, qui utilise l’optogénétique pour manipuler les souvenirs dans le cerveau des souris, déclare que l’étude est « dur à cuire ».

« Les tentatives précédentes [en utilisant des aimants pour contrôler l’activité neuronale] nécessitaient plusieurs composants pour que le système fonctionne – l’injection de particules magnétiques, l’injection d’un virus qui exprime un canal sensible à la chaleur, [ou] la fixation de la tête de l’animal afin qu’une bobine puisse induire des changements dans le magnétisme », explique-t-il. « Le problème avec un système à plusieurs composants est qu’il y a tellement de place pour que chaque pièce se décompose. »

« Ce système est un virus unique et élégant qui peut être injecté n’importe où dans le cerveau, ce qui le rend techniquement plus facile et moins susceptible de briser les cloches et les sifflets en mouvement », ajoute-t-il, « et leur équipement comportemental a été intelligemment conçu pour contenir des aimants le cas échéant, afin que les animaux puissent se déplacer librement.

La «magnétogénétique» est donc un ajout important à la boîte à outils des neuroscientifiques, qui sera sans aucun doute développée davantage et offrira aux chercheurs de nouvelles façons d’étudier le développement et le fonctionnement du cerveau.

Référence

Wheeler, MA, et al . (2016). Contrôle magnétique génétiquement ciblé du système nerveux. Nat. Neurosci ., DOI: 10.1038/nn.4265 [ Résumé ]

Christophe M

SOURCE https://www.theguardian.com/science/neurophilosophy/2016/mar/24/magneto-remotely-controls-brain-and-behaviour