Une défaillance de l'alimentation des mitochondries peut entraîner des troubles cognitifs liés à l'âge

Une défaillance de l'alimentation des mitochondries peut entraîner des troubles cognitifs liés à l'âge

Les scientifiques de Salk ont découvert que les mitochondries situées au niveau des synapses dysfonctionnelles ne parviennent pas à répondre à la demande énergétique, fournissant soit trop, soit trop peu d'énergie et pouvant potentiellement provoquer des troubles cognitifs liés à l'âge.

LA JOLLA — Le cerveau est comme un puzzle, nécessitant de nombreuses pièces imbriquées et codépendantes pour bien fonctionner. Le cerveau est divisé en zones, chacune contenant des millions de neurones connectés par des milliers de synapses. Ces synapses, qui permettent la communication entre les neurones, dépendent de structures encore plus petites : les boutons émetteurs de messages (des bulbes gonflés à l'extrémité des neurones, semblables à des branches), les dendrites réceptrices de messages (des structures complémentaires, semblables à des branches, pour recevoir les messages des boutons) et les mitochondries génératrices d'énergie. Pour créer un cerveau cohérent, toutes ces pièces doivent être prises en compte.

Cependant, dans le cerveau vieillissant, ces pièces peuvent se perdre ou s’altérer et ne plus s’intégrer dans le grand puzzle cérébral.

« Cinquante pour cent des personnes subissent une perte de mémoire de travail avec l'âge, ce qui signifie que leur capacité à retenir et à manipuler des informations à court terme diminue », explique Courtney Glavis-Bloom, co-auteure principale et chercheuse principale au Salk Institute. John Reynolds laboratoire. « Nous avons cherché à comprendre pourquoi certaines personnes conservent une mémoire de travail saine en vieillissant, tandis que d'autres non. Ce faisant, nous avons découvert un nouveau mécanisme expliquant les bases synaptiques des troubles cognitifs. »

Des études antérieures avaient montré que le cerveau perdait des synapses avec l'âge, et les chercheurs ont également observé ce phénomène dans leur modèle animal. Mais en examinant les synapses restantes, ils ont constaté une rupture de coordination entre la taille des boutons et les mitochondries qu'ils contenaient. Un principe neuroscientifique fondamental, le principe de taille ultrastructurale, explique que chaque fois qu'une partie du complexe synaptique change de taille, il doit en être de même. tous les autres parties. La synapse, les mitochondries, les boutons : toutes ces parties doivent s'adapter les unes aux autres. Avant l'étude de l'équipe Salk, publiée dans Frontières du vieillissement des neurosciences le 12 avril 2023, personne ne s'était demandé si ce principe pouvait être violé avec l'âge ou la maladie.

« Pour étudier ce phénomène, nous avons eu recours à la microscopie électronique », explique Casey Vanderlip, co-auteur principal et ancien assistant de recherche au laboratoire de Reynolds. « Cela nous a permis de visualiser ces composants dans de nombreuses synapses. Nous avons constaté que la perte synaptique se produisait avec le vieillissement, qu'il soit sain ou non, mais que la différence résidait dans la rupture de corrélation entre la taille des boutons et leurs mitochondries. »

« Il s'agit d'un effet domino, avec des structures synaptiques incroyablement petites qui altèrent les réseaux de neurones, le fonctionnement cérébral et le comportement », explique Glavis-Bloom. « L'étude de ces dysfonctionnements microscopiques est un territoire inexploré qui pourrait révolutionner notre compréhension du vieillissement et de son impact sur la cognition. »

L'équipe a constaté que le respect du principe de taille ultrastructurale était essentiel pour éviter les troubles de la mémoire de travail liés à l'âge. En considérant la violation de ce principe et les défaillances mitochondriales comme la clé des troubles cognitifs liés à l'âge, l'étude ouvre une nouvelle ère pour la recherche sur le vieillissement.

« Les images que nous avons capturées des synapses sont des instantanés d'un processus dynamique », explique Reynolds, titulaire de la chaire Fiona et Sanjay Jha en neurosciences. « Grâce à ces instantanés, nous pouvons commencer à réfléchir aux mécanismes qui coordonnent l'expansion et la contraction des différentes parties du complexe synaptique, puis nous demander comment la perturbation de ces mécanismes peut expliquer le déclin cognitif lié à l'âge. Cela ouvre une toute nouvelle perspective sur le déclin cognitif, qui pourrait déboucher sur de nouvelles cibles thérapeutiques. »

Parmi les autres auteurs figurent Sammy Weiser Novak et Uri Manor du Salk Institute, ainsi que Masaaki Kuwajima, Lyndsey Kirk et Kristen M. Harris de l'Université du Texas à Austin.

Le travail a été soutenu par une subvention de l'Allen Initiative in Brain Health and Cognitive Impairment accordée conjointement par l'American Heart Association et le Paul G. Allen Frontiers Group (19PABH134610000AHA), les National Institutes of Health (1R21AG068967-01, P30014195), la National Science Foundation (2014862), le Kavli Institute for Brain and Mind de l'UC San Diego (Innovative Research Grant 2021), la Waitt Foundation, la Larry L. Hillblom Foundation, la Don and Lorraine Freeberg Foundation et la Conrad Prebys Foundation.

DOI: 10.3389 / fnagi.2023.1146245