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Compréhension neuve du couplage neurovascular

Une étude neuve publiée dans la nature de tourillon indique en février 2020 la découverte d'un mécanisme de contrôle en cerveaux de souris, qui permet pour régler avec sensibilité le flux sanguin à différentes régions du cerveau, pour fournir asse'à des endroits plus actifs.

Le cerveau est parmi les consommateurs les plus élevés du sang au corps humain. En fait, un esprit humain adulte exige environ 20% de la sortie d'énergie du corps entier. Cependant, il dépend extraordinairement du reste du corps pour l'énergie qu'il a besoin de chaque moment parce qu'il a la réserve et les mémoires zéro zéro. Ainsi, le système cardio-vasculaire doit accepter la nutrition exigée chaque moment.

Cependant, les besoins du cerveau varient considérablement selon le niveau d'activité de cet organe. Ainsi, le fuselage doit mesurer la quantité de sang qu'elle a besoin à chaque moment - et pas simplement au cerveau en général, mais à chaque partie du cerveau à tout moment.

Ceci est réalisé par un couplage neurovascular ingénieux duquel le flux sanguin augmente rapidement pour répondre aux besoins d'un endroit très actif de cerveau. Dans une certaine maladie révise comme l'hypertension, diabète, et la maladie d'Alzheimer, ce procédé devient beaucoup moins sensible.

Les tests de représentation comme l'imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (fMRI) dépendent également hautement du flux sanguin de fluctuation aux endroits variés de cerveau pour mesurer et localiser l'activité cérébrale.

Artères dans le cerveau. Crédit d
Artères dans le cerveau. Crédit d'image : Laboratoire de GU/Faculté de Médecine de Harvard

L'importance du couplage neurovascular est ainsi compréhensible. Néanmoins, c'est resté une question de recherche pour la façon dont le cerveau a communiqué avec les vaisseaux sanguins pour provoquer une réaction si précise et rapide.

L'étude actuelle a effectué un ensemble d'expériences pour comprendre comment le couplage neurovascular fonctionne. Ils ont constaté que les artères du cerveau sont activement impliquées dans ce procédé de régler le flux sanguin en réponse aux niveaux d'une protéine Mfsd2a appelé. Cette protéine a été déjà découverte pour être un élément indispensable du cordon de sécurité posé par la barrière hémato-encéphalique.

Une recherche plus ancienne par les mêmes chercheurs a prouvé que la protéine de Mfsd2a a effectué à la barrière hémato-encéphalique un élément intense en évitant la formation des caveolae appelés de bulles minuscules de lipide, qui transportent les signes moléculaires. Caveolae proviennent des capillaires de cerveau chez les souris.

Cependant, ils ont également constaté que les artères, qui composent environ 5% de récipients de cerveau, n'ont pas exprimé cette protéine, et comme résultat, ils ont montré un grand nombre de caveolae. Ceci trouvant a été exploré dans l'étude actuelle.

Pour découvrir ce qui se produit dans des régions du cerveau actives au sujet du flux sanguin, elles ont employé la stimulation de favori sur les souris saines sous tension qui étaient imagées pour l'activité cérébrale utilisant la microscopie de 2 photons.

Les découvertes

L'étude a fait beaucoup pour découvrir des changements des composantes cellulaires, sous-cellulaires, et même moléculaires qui facilitent le couplage neurovascular.

Dans le premier test, la stimulation de favori a eu comme conséquence l'activité accrue dans les cellules du cerveau, avec les artères s'élargissant et a augmenté le flux sanguin dans l'endroit cortical sensoriel responsable de cette sensation. D'autre part, quand le test était répété chez les souris qui ont été génétiquement modifiées pour éliminer les caveolae, l'activité neurale n'a été reproduite mais pas l'augmentation du flux sanguin ni de l'élargissement artériel. Les scientifiques impliquent que le couplage neurovascular a été détruit chez ces souris en raison d'éliminer la production de caveola.

Ensuite, l'équipe a empêché la formation des caveolae en supprimant particulièrement la garniture artérielle de cellule endothéliale. Ils ont fait ceci en induisant la production de Mfsd1a, qui est normalement absent en ces cellules, comme remarquable ci-dessus. Le résultat était l'absence des caveolae et, de nouveau, du faible couplage neurovascular. Ceci prouve combien important un rôle est joué par les caveolae dans ce procédé.

D'autres expériences ont prouvé que les cellules endothéliales de la garniture artérielle ont joué un rôle indispensable et irremplaçable dans ce procédé. Quand un endroit de cerveau devient actif, les cellules musculaires lisses autour des artères détendent, entraînant la dilatation artérielle et plus de flux sanguin à cet endroit.  D'autre part, il y a une autre voie dont les travaux neurovascular de couplage indépendamment par l'intermédiaire des caveolae, qui transfère les signes de détendre des cellules nerveuses aux cellules musculaires lisses.

Le chercheur Brian Chow dit, « pendant plus d'un siècle, nous ont su que ce phénomène existe, où l'activité neurale augmente rapidement le flux sanguin d'une façon très locale et temporellement précise. Mais les mécanismes pour la façon dont le système nerveux parle au système vasculaire pour combiner cet événement étaient en grande partie inconnus, et lui étaient étonnants de trouver ce jeu artériel de cellules endothéliales un rôle dans le processus si actif. »

Une autre conclusion importante était le fait que le fonctionnement des caveolae n'est pas une variable de la signalisation d'oxyde nitrique, qui est une cause déterminante d'essentiel de la dilatation de vaisseau sanguin. La nitroglycérine réputée de médicaments, utilisée pour l'insuffisance cardiaque congestive, et le Sildenafil, pour le dysfonctionnement érectile, les deux fonctionnent par l'intermédiaire de cette voie.

Pour vérifier si c'était le cas avec des caveolae, l'équipe a supprimé la formation de caveolae et la voie d'oxyde nitrique. Le résultat était une absence totale de couplage neurovascular. Ceci signifie que ces deux systèmes sont des procédés robustes mais indépendants dans le règlement de flux sanguin en raison d'activité de nerf.

Cependant, où la production de caveolae dans les artères règle les changements sensibles et plus petits du flux sanguin, l'acide nitrique peut être responsable des commandes des vitesses plus de grande puissance. Ainsi le système est non seulement capable de moduler excessivement le flux sanguin mais d'effectuer les ajustements précis qui sont caractéristiques de ce processus de régulation.

L'équipe analyse maintenant les types de molécules de signalisation dans les caveolae pour découvrir son fonctionner détaillé. Plus qu'ils connaissent à son sujet, plus ils peuvent être capables construire des expériences neuves pour découvrir son rôle dans la santé et la maladie meilleurs.

En raison de ces découvertes, dit le chercheur Chenghua GU, scientifiques mettent en boîte maintenant « dissèquent ce procédé et le déterminent, par exemple, si les handicaps neurovascular de couplage que nous voyons dans les maladies comme Alzheimer sont le résultat de la pathologie ou la cause. »

Expliquant cette déclaration, GU dit, « nous avons déterminé très un puissant ensemble d'outils génétiques qui nous permettent non seulement de recenser mais manipuler les mécanismes moléculaires au coeur du couplage neurovascular. Par exemple, même si l'approvisionnement en sang local accru est nui, le cerveau a toujours le flux sanguin et l'oxygène. Quel est le choc de ceci sur des neurones ? Comment va-t-elle cette fonction cérébrale d'affect ? Et contribue-t-elle aux conditions comme la démence neurovascular ? Nous sommes maintenant en position pour exécuter la science rigoureuse qui pourrait nous permettre de répondre à des questions comme ces derniers. »

Journal reference:

Chow, B.W., Nuñez, V., Kaplan, L. et al. Caveolae in CNS arterioles mediate neurovascular coupling. Nature (2020). https://doi.org/10.1038/s41586-020-2026-1

Dr. Liji Thomas

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Dr. Liji Thomas

Dr. Liji Thomas is an OB-GYN, who graduated from the Government Medical College, University of Calicut, Kerala, in 2001. Liji practiced as a full-time consultant in obstetrics/gynecology in a private hospital for a few years following her graduation. She has counseled hundreds of patients facing issues from pregnancy-related problems and infertility, and has been in charge of over 2,000 deliveries, striving always to achieve a normal delivery rather than operative.

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