114. NEUROSCIENCES.

Un ensemble spécifique de neurones responsables d'un bon fonctionnement social sont affectées par le microbiome intestinal

Résumé : La bactérie intestinale E. faecalis a été identifiée par les chercheurs, comme étant le médiateur du comportement social et des niveaux de corticostérone chez la souris

Source: CalTech

Les germes qui vivent à l'intérieur de notre corps pourraient-ils affecter notre capacité à socialiser et à nous faire des amis ? Les recherches menées au cours des dernières décennies suggèrent que la réponse – pour les souris – est oui.

La recherche a montré que les communautés de bactéries qui vivent dans l'intestin d'une souris sont essentielles pour que les animaux présentent un comportement social normal avec les autres souris. Les souris qui ont été élevées pour être exemptes de germes, sans microbiome intestinal, affichent des comportements antisociaux importants, comme éviter une souris étrangère plutôt que d'interagir avec elle.

Comment les microbes influencent-ils le comportement d'un animal ? En d'autres termes, quelle est la chaîne d'événements qui se déroule aux niveaux moléculaire et cellulaire, des bactéries intestinales au cerveau en passant par les changements de comportement ?

Maintenant, une nouvelle étude a identifié un circuit spécifique de neurones qui est directement influencé par le microbiome intestinal et est par la suite responsable des comportements antisociaux chez les souris dépourvues de microbiome intestinal.

Les greffes de matières fécales de souris avec des microbiomes intestinaux sains dans ces souris sans germes étaient suffisantes pour modifier l'activité de ces neurones et ainsi améliorer leur comportement social. Les chercheurs ont également identifié une espèce bactérienne spécifique qui peut augmenter la sociabilité.
L'identification des interactions entre les microbes intestinaux, les neurones et les effets sur la santé de l'ensemble de l'organisme (comme les changements de comportement) peut être une piste de recherche importante sur les moyens, un jour, d'aider à améliorer les déficits sociaux, tels que ceux concomitants à la dépression et à l'autisme.

Les pratiques actuelles pour traiter ces types de problèmes comprennent la prescription de produits pharmaceutiques, tels que les antidépresseurs et les anxiolytiques. Cependant, il est difficile de faire pénétrer ces médicaments dans les bonnes régions du cerveau aux bonnes concentrations, et une grande partie du médicament se retrouve dans tout le corps.

La compréhension des connexions intestin-cerveau ajoute à la preuve que les troubles neuropsychiatriques peuvent être indirectement améliorés en traitant le microbiome intestinal, qui est beaucoup plus facile d'accès pharmaceutiquement que le cerveau.

La recherche a été menée principalement dans le laboratoire de Sarkis Mazmanian, Luis B. et Nelly Soux professeur de microbiologie et chercheur à l'Institut de recherche médicale du patrimoine. Un article décrivant l'étude paraît dans la revue Nature le 30 juin.

Il avait déjà été démontré que, sur le plan chimique, les souris sans germes ont des niveaux significativement plus élevés de l'hormone corticostérone (l'analogue de la soi-disant hormone du stress, le cortisol, chez l'homme) que les souris avec des microbiomes sains. L'équipe de chercheurs, dirigée par l'ancien chercheur postdoctoral du laboratoire Mazmanian Wei-Li Wu, visait à identifier les neurones qui étaient à la fois affectés par la corticostérone et jouaient un rôle dans les comportements sociaux.

« En modifiant le microbiome de la souris, nous avons pu modifier les niveaux de corticostérone : moins de microbiome signifie plus d'hormone de stress », explique Mazmanian.

« Il y a beaucoup de neurones dans le corps qui répondent à la corticostérone – appelés neurones positifs pour les récepteurs des glucocorticoïdes – et nous voulions savoir quelles populations cellulaires et régions cérébrales étaient alors responsables des comportements sociaux modifiés chez les souris sans germe ? »

Après avoir identifié plusieurs sous-ensembles de neurones dans le cerveau impliquant le contrôle du stress, l'équipe a utilisé des outils chimiques et génétiques pour empêcher artificiellement la corticostérone d'activer ces neurones chez des souris sans microbiome. Ces souris, malgré l'absence de microbiome intestinal, ont pu présenter un comportement social plus normal car leurs neurones ne répondaient pas à l'hormone du stress.

Alors, qu'y avait-il dans les bactéries intestinales - ou leur absence - qui causait une augmentation des niveaux de corticostérone en premier lieu ? Pour résoudre ce problème, l'équipe a effectué des greffes fécales de souris de type sauvage avec un microbiote intestinal normal dans des souris sans germe. Ces souris ont ensuite montré une diminution des niveaux de corticostérone et un comportement social plus normal.

L'équipe a ensuite systématiquement identifié une espèce de bactérie à l'origine de cette amélioration, à savoir Enterococcus faecalis . Les souris sans germe qui ont été colonisées par E. faecalis ont montré des comportements sociaux améliorés et des niveaux de corticostérone abaissés. Les mécanismes par lesquels E. faecalis est capable de médier cette amélioration feront l'objet de recherches futures.

Ce diagramme illustre la cascade de changements qui se produisent dans le corps et le cerveau de la souris en l'absence d'un microbiome intestinal. Le manque de microbes intestinaux conduit la glande surrénale à produire plus de corticostérone, une hormone du stress, qui influence ensuite un circuit neuronal contrôlant le comportement social dans le cerveau, ce qui fait que la souris présente des comportements antisociaux. Crédit : Wei-Li Wu (Caltech & NCKU)

« Un certain nombre d'études ont montré que le microbiome intestinal avait un impact sur des comportements complexes chez la souris, tels que la sociabilité. Les circuits neuronaux sous-jacents qui médient l'influence du microbiome sur le comportement n'avaient pas été découverts auparavant. Ce travail renforce l'appréciation émergente des effets profonds de la connexion intestin-cerveau », explique Mazmanian. "Conceptuellement, les résultats jettent les bases pour explorer des effets similaires chez l'homme."

Wu est maintenant membre du corps professoral de l'Université nationale Cheng Kung de Taïwan. Les orientations futures de cette recherche comprennent un zoom plus proche de la relation hôte-bactérie, l'identification des signaux moléculaires produits par les microbes intestinaux et la manière dont ces signaux influencent l'hôte. Mazmanian et Wu prévoient de poursuivre leur collaboration.

"Notre étude a énormément bénéficié d'un certain nombre de collaborations, y compris des contributions critiques des laboratoires de Viviana Gradinaru et Rustem Ismagilov à Caltech", explique Mazmanian.

À propos de ce comportement et de l'actualité de la recherche sur le microbiome
Source : CalTech
Contact : Lori Dajose – CalTech
Image : L'image est créditée à Wei-Li Wu (Caltech & NCKU)
Recherche originale : Accès fermé.
« Le microbiote régule le comportement social via les neurones de réponse au stress dans le cerveau » par Wei-Li Wu, Mark D. Adame, Chia-Wei Liou, Jacob T. Barlow, Tzu-Ting Lai, Gil Sharon, Catherine E. Schretter, Brittany D. Needham, Madelyn I. Wang, Weiyi Tang, James Ousey, Yuan-Yuan Lin, Tzu-Hsuan Yao, Reem Abdel-Haq, Keith Beadle, Viviana Gradinaru, Rustem F. Ismagilov & Sarkis K. Mazmanian. La nature

Abstrait
août 2021

Le microbiote régule le comportement social via les neurones de réponse au stress dans le cerveau
Les interactions sociales entre les animaux médient les comportements essentiels, y compris l'accouplement, l'éducation et la défense. Le microbiote intestinal contribue à l'activité sociale chez la souris, mais les connexions intestin-cerveau qui régulent ce comportement complexe et sa base neurale sous-jacente ne sont pas claires.
Ici, nous montrons que le microbiome module l'activité neuronale dans des régions cérébrales spécifiques de souris mâles pour réguler les réponses au stress canoniques et les comportements sociaux.
La déviation sociale chez les souris sans germe et traitées aux antibiotiques est associée à des niveaux élevés de corticostérone, l'hormone du stress, qui est principalement produite par l'activation de l'axe hypothalamus-hypophyse-surrénale (HPA). La surrénalectomie, l'antagonisme des récepteurs des glucocorticoïdes ou l'inhibition pharmacologique de la synthèse de la corticostérone corrigent efficacement les déficits sociaux suite à l'épuisement du microbiome.
L'ablation génétique des récepteurs des glucocorticoïdes dans des régions spécifiques du cerveau ou l'inactivation chimiogénétique des neurones du noyau paraventriculaire de l'hypothalamus qui produisent l'hormone de libération de la corticotrophine (CRH) inversent les déficiences sociales chez les souris traitées aux antibiotiques.
A l'inverse, l'activation spécifique des neurones exprimant la CRH dans le noyau paraventriculaire induit des déficits sociaux chez les souris avec un microbiome normal. Via le profilage du microbiome et la sélection in vivo, nous identifions une espèce bactérienne, Enterococcus faecalis , qui favorise l'activité sociale et réduit les niveaux de corticostérone chez la souris suite à un stress social.
Ces études suggèrent que des bactéries intestinales spécifiques peuvent restreindre l'activation de l'axe HPA et montrent que le microbiome peut affecter les comportements sociaux par le biais de circuits neuronaux discrets qui médient les réponses au stress dans le cerveau.

Aout 2021