Synaptogenèses et épigenèses cérébrales Brain synaptogenesis and epigenesis

Résumé

Aux mécanismes de plasticité cellulaire communs à toutes les cellules, les neurones ajoutent ceux de l’élaboration des formes et des fonctions qui leurs sont spécifiques. L’épigenèse synaptique est l’ensemble des ajustements morphofonctionnels des contacts synaptiques induits par l’environnement, dans la fenêtre de variabilité contrôlée par les réseaux de gènes, eux-mêmes sélectionnés pendant l’évolution du cortex cérébral. Dans le paradigme dominant aujourd’hui, l’épigenèse synaptique constitue le mécanisme matériel du stockage des signaux représentant le monde environnant dans le cortex cérébral. La notion de périodes critiques au cours du développement ouvre l’inscription épigénétique de l’histoire de l’individu dans l’affinage final des formes et des fonctions de ses neurones. Cette « ouverture épigénétique », maximale dans le cerveau humain, est probablement la source de la très grande adaptabilité cognitive de notre espèce, mais peut-être aussi une de ses fragilités.

Summary

Synaptic plasticity, or epigenesis, is present and varies throughout the whole life of the cerebral cortex. The adult synapse is formed of large and variable proteins assemblies acting as molecular switches leading to many distinct functional states. In the flow of activity circulating through the synaptic circuits, these multiple synaptic states transitions are modulated by the levels and sequences of activations of the pre- and post-synaptic domains. The efficiency of synaptic transmission is also modulated by competition and/or cooperativity with neighbouring synapses, and by many neuromodulations. Some transitions eventually lead to synaptogenesis. In the adult cerebral cortex, synaptogenesis remains a local event ; axonal and dendritic arbors are not reshaped. On the contrary, during pre- and post-natal synaptogenesis, the same molecular mechanisms lead to a significant reorganization of the axonal and dendritic arbors. Early in the development, synapses are generated and differentiate under the control of robust mechanisms governed by genes. Then, during the critical periods, extending from the end of gestation to the end of puberty, the refinment of the synaptic architecture becomes experience-expectent. This «epigenetic opening» of synaptogenesis to environment is maximal in the human brain. It is the source of the exceptional cognitive adaptability of our species, and possibly one of its major fragility. Epigenetic manipulations of these critical periods are undertaken, allowing restoration of synaptic plasticity also in the adult brain.