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Andreas Frick et al. dans Nature Neuroscience

Des canalopathies dendritiques contribuent à l'hyper-excitabilité néocorticale et sensorielle chez des souris Fmr1-/y

Le 12 novembre 2014

Dendritic channelopathies contribute to neocortical and sensory hyperexcitability in Fmr1−/y mice . Yu Zhang, Audrey Bonnan, Guillaume Bony, Isabelle Ferezou, Susanna Pietropaolo, Melanie Ginger, Nathalie Sans, Jean Rossier, Ben Oostra, Gwen LeMasson & Andreas Frick
Nature Neuroscience published online 10 November 2014; doi:10.1038/nn.3864




Autism spectrum disorders (ASD) affect more than 3 million individuals in the European Union
(~650,000 in France) and 1.5 million in the United States. Recent estimates from the Center for Disease Control (in the United States) suggest that 1 in 68 children are affected by this disorder. ASD is a neurodevelopmental disorder which affects children of all ethnic and socioeconomic origins and is characterized by a spectrum of symptoms regrouping difficulties in social interaction, communication and repetitive stereotyped behaviours. Problems with the processing of sensory information or sensory integration is a frequent aspect of this and other neurodevelopmental disorders. A recent study suggests that almost 90% of children with ASD are affected by some kind of sensory difficulty. Problems in sensory integration arise because sensory input – be it from touch, sound or other sensory stimuli are not integrated or organized properly in the brain, leading to an inappropriate behavioral output. Such defects can be extremely debilitating to the every day life of autism sufferers and provide a challenge to parents and educators alike. For example, a trip to the supermarket or fluorescent light can be an extremely aversive sensory experience. However, sensory integration defects in ASDs and their pharmacological treatment are poorly investigated. Problems in sensory integration are a frequent symptom of another closely related neurodevelopmental disorder, Fragile X syndrome. The mouse model for Fragile X syndrome is frequently used as a model for autism research.

Les troubles du spectre autistique (TSA) touchent plus de 3 millions de personnes dans l’union européenne (environ 650 000 en France) et 1,5 millions aux Etats-Unis. Des estimations récentes du Centre pour le contrôle des maladies (aux Etats-Unis) suggèrent qu’un enfant sur 68 est touché par cette maladie. Les TSA sont des troubles neuro-développementaux qui affectent les enfants de toutes origines ethniques et socio-économiques, et sont caractérisés par un spectre de symptômes regroupant à la fois des difficultés pour les interactions sociales et la communication, et des comportements répétitifs stéréotypés. Un autre aspect fréquent des maladies neuro-développementales est le problème du traitement des informations sensorielles ou intégration sensorielle. En effet, une étude récente indique que près de 90% des enfants avec des TSA sont touchés par différents types de problèmes sensoriels. Les anomalies d’intégration sensorielle proviennent du fait que les informations périphériques, que ce soit du touché, de l’ouïe, de la vision, ou d’autres stimuli, ne sont pas intégrés ou organisés correctement dans le cerveau, conduisant à un comportement inapproprié. De telles anomalies peuvent être extrêmement handicapantes au quotidien pour les personnes atteintes d’autisme et elles posent un défi aux parents et éducateurs. Par exemple, lors d’une sortie au supermarché où les lumières fluorescentes peuvent être une expérience sensorielle aversive. Malheureusement, les altérations de l’intégration sensorielle dans les TSA et leurs traitements pharmacologiques sont peu étudiées, et ceci alors même que ces altérations sont également fréquemment observées dans une maladie neuro-développementale apparentée, à savoir le Syndrome de l’X Fragile. 


In this study Zhang et al. show that Fragile X mice have defects in the way sensory information is treated by the neocortex – the part of the brain responsible for sensory perception, generation of motor commands, spatial reasoning and conscious thought. The authors demonstrate that the neocortex of these mice is hyperexcited in response to tactile sensory stimuli. They then conducted a range of detailed tests showing that this neocortical hyperexcitability is related to the way neurons in this brain region integrate this information. As a result of this investigation, they found that certain ion channels – molecules that determine the way neurons process electrical signals – are altered in their dendrites (the structures that integrate information and which behave much like the ‘brains’ of neurons). By using a pharmacological agonist of one of these channels, Zhang et al. found that they could correct this neocortical hyperexcitability and neuronal integration defects. Importantly they were also able to correct a behavioral readout for sensory hypersensitivity. Normal mice were not affected by this treatment. These findings offer new hope for a tailored treatment for sensory aspects of ASD and fragile X syndrome - in particular as these treatments could be applied in adolescent or adult patients.

Dans une étude publiée aujourd’hui dans Nature Neuroscience, Zhang et al. a montré que des souris Fragile X présentent des anomalies dans la façon dont les informations sensorielles sont traitées par le néocortex, qui est la partie du cerveau responsable de la perception sensorielle, de la génération de commandes motrices, du raisonnement spatial, ou encore de la pensée consciente. Les chercheurs ont montré que le néocortex de ces souris est hyper-excité en réponse à des stimulations sensorielles tactiles. Ils ont ensuite effectué une variété de tests détaillés montrant que cette hyperexcitabilité néocorticale est reliée à la façon dont les neurones de cette région du cerveau intègrent les informations sensorielles. Avec cette étude, les chercheurs ont trouvé que la fonction de certains canaux ioniques (les molécules qui déterminent la façon dont les neurones traitent les signaux électriques) est altérée dans le compartiment dendritique (la structure qui intègre les informations et qui se comportent véritablement comme le « cerveau » des neurones). En utilisant un agoniste pharmacologique d’un de ces canaux, ils ont pu corriger cette hyperexcitabilité néocorticale ainsi que les anomalies de l’intégration neuronale. De plus, ils ont aussi été capables de corriger une conséquence comportementale de l’hypersensibilité (les souris saines n’ont pas été affectées par ce traitement). Ces découvertes offrent un nouvel espoir pour un traitement sur mesure des aspects sensoriels du Syndrome de l’X Fragile et des TSA, en particulier car ces traitements pourraient être appliqués à des patients adultes ou adolescents.

En couverture: tableau de Jacques Linard (Troyes, 1597-Paris, 1645),
Les cinq sens, 1638. Huile sur toile, 56 x 68 cm, Strasbourg, Musée des Beaux-Arts

 

Andreas Frick, PhD Team leader 'Circuit and dendritic mechanisms underlying cortical plasticity' Neurocentre Magendie INSERM U862, University Bordeaux (andreas.frick @ inserm.fr)
Dernière mise à jour le 18.11.2014

Les premiers auteurs



Audrey Bonnan (Post Doc)
a bénéficié d'un bourse LabEx BRAIN
Yu Zhang (Post Doc)
& Guillaume Bony (Post Doc)

 

Team: Cortical plasticity mechanisms in normal and pathological conditions- - Andreas Frick