Une nouvelle recherche donne un aperçu de la manière dont l’exercice renforce les connexions cérébrales
Une nouvelle étude met en lumière la façon dont l’exercice stimule la fonction cérébrale en explorant le rôle des nerfs dans la communication muscle-cerveau. L’étude, publiée dans le Actes de l’Académie nationale des sciencesrévèle que les muscles libèrent des molécules qui soutiennent la communication et le développement des cellules cérébrales, et cette libération est en partie motivée par les signaux des nerfs qui disent aux muscles de bouger. Ces résultats aident à clarifier la relation complexe entre l’exercice, la fonction musculaire et la santé cérébrale.
Des recherches antérieures ont établi que lorsque les muscles sont sollicités pendant une activité physique, ils libèrent des molécules qui circulent dans la circulation sanguine et affectent positivement les cellules cérébrales. Ces molécules, telles que les hormones et les petites vésicules contenant de l’ARN, aident les cellules cérébrales à établir des connexions plus solides et à communiquer plus efficacement.
Cependant, le rôle des nerfs qui déclenchent le mouvement musculaire dans ce processus n’était pas bien compris. Avec l’âge, ou à cause d’une blessure ou d’une maladie, les gens ont tendance à perdre les connexions nerveuses avec leurs muscles. Cette diminution de l’innervation peut entraîner une dégradation musculaire et contribuer à un dysfonctionnement d’organes plus larges, y compris dans le cerveau.
Les chercheurs visaient à étudier comment les signaux nerveux envoyés aux muscles influencent la libération de molécules qui soutiennent la fonction cérébrale. Ils espéraient mieux comprendre les mécanismes de cette communication muscle-cerveau et identifier des moyens de préserver ou d’améliorer cette connexion, notamment chez les personnes âgées ou atteintes de maladies neuromusculaires. En cas de succès, leurs résultats pourraient servir de base au développement de traitements ciblant les interactions muscle-cerveau, aidant potentiellement les personnes à maintenir leurs fonctions cognitives même en cas de perte de masse musculaire et de connexions nerveuses.
Pour explorer le rôle des signaux nerveux dans la communication muscle-cerveau, les chercheurs ont créé deux modèles différents de tissu musculaire : un qui incluait des cellules nerveuses et un autre qui n’en incluait pas. Cela leur a permis de comparer les deux et de déterminer comment la présence de nerfs affectait la capacité du muscle à libérer des molécules améliorant le cerveau.
Les muscles ont été placés dans une assiette de laboratoire, où un groupe de tissus a reçu des cellules nerveuses, permettant aux cellules musculaires et nerveuses de former des connexions similaires à ce qui se passe dans le corps. Ces connexions nerf-muscle sont appelées jonctions neuromusculaires. Le deuxième groupe de tissus musculaires s’est retrouvé dépourvu de cellules nerveuses. Après avoir établi ces deux groupes, les chercheurs ont stimulé les muscles connectés aux nerfs à l’aide du glutamate, un neurotransmetteur qui transporte des signaux dans le cerveau et le système nerveux, pour imiter le type de stimulation que les muscles recevraient pendant l’exercice.
Les chercheurs ont ensuite mesuré la quantité et les types de molécules libérées par les muscles dans le liquide environnant. Ils ont spécifiquement étudié deux types de molécules : les hormones, comme l’irisine, connues pour avoir des effets bénéfiques sur le cerveau, et les vésicules extracellulaires, de minuscules particules qui transportent l’ARN et d’autres cargaisons moléculaires entre les cellules.
En plus de mesurer la quantité globale de molécules, l’équipe a également examiné les types spécifiques d’ARN présents dans les vésicules, car ces fragments d’ARN peuvent influencer le développement et la communication des cellules cérébrales.
L’étude a révélé plusieurs résultats clés. Premièrement, les tissus musculaires connectés aux nerfs ont libéré beaucoup plus de molécules bénéfiques pour le cerveau que les muscles sans nerfs. Plus précisément, les muscles connectés aux nerfs produisent des niveaux plus élevés d’irisine, une hormone qui a été associée aux effets positifs de l’exercice sur la santé du cerveau. Il a été démontré que l’irisine soutient la fonction cérébrale en traversant la barrière hémato-encéphalique et en favorisant la neurogenèse, le processus par lequel de nouvelles cellules cérébrales se forment.
En outre, les muscles connectés aux nerfs ont également libéré une plus grande variété de vésicules extracellulaires, qui transportaient des fragments d’ARN associés au développement du cerveau et à la communication neuronale. Ces vésicules sont particulièrement importantes car elles peuvent transporter des signaux moléculaires qui aident les cellules cérébrales à établir des connexions plus solides et à communiquer plus efficacement.
Lorsque les chercheurs ont stimulé les muscles connectés aux nerfs avec du glutamate, ils ont constaté une augmentation encore plus importante de la libération d’irisine et de vésicules extracellulaires. Les fragments d’ARN trouvés dans les vésicules étaient plus diversifiés dans ce groupe stimulé, ce qui suggère que les signaux nerveux envoyés aux muscles augmentent non seulement la quantité de molécules libérées, mais augmentent également la complexité de la cargaison moléculaire, la rendant plus bénéfique pour le fonctionnement cérébral.
Ces résultats mettent en évidence le rôle crucial que jouent les signaux nerveux dans la promotion de la communication muscle-cerveau. À mesure que les muscles perdent leurs connexions nerveuses avec l’âge ou en raison d’une blessure, leur capacité à libérer ces molécules de soutien au cerveau diminue, contribuant potentiellement au déclin cognitif et à d’autres problèmes liés au cerveau.
Bien que cette étude ait fourni de nouvelles informations sur le rôle des nerfs dans la communication muscle-cerveau, elle présentait certaines limites. Premièrement, les expériences ont été menées à l’aide de tissus musculaires cultivés en laboratoire qui, bien qu’utiles pour isoler certains facteurs, ne reproduisent pas entièrement l’environnement complexe d’un organisme vivant. Les études futures devront vérifier si ces résultats sont vrais chez les animaux vivants et éventuellement chez les humains.
À l’avenir, les chercheurs prévoient d’étudier les mécanismes précis à la jonction entre les nerfs et les cellules musculaires. Ils espèrent déterminer si les impulsions nerveuses affectent directement la production de facteurs stimulant le cerveau ou régulent principalement leur libération. Ces connaissances pourraient contribuer au développement de thérapies ciblées pour les personnes atteintes de maladies neuromusculaires ou de perte musculaire liée à l’âge.
L’équipe vise également à utiliser leurs modèles musculaires de laboratoire comme plates-formes pour produire efficacement des molécules bénéfiques pour le cerveau. En simulant l’exercice en laboratoire, ils espèrent mieux comprendre comment améliorer la libération de ces molécules, ouvrant potentiellement la voie à de nouveaux traitements imitant les bienfaits de l’exercice pour les personnes incapables de pratiquer une activité physique en raison d’une blessure ou d’une maladie. .
L’étude, « L’innervation neuronale régule la sécrétion de myokines neurotrophiques et d’exosomes du muscle squelettique», a été rédigé par Kai-Yu Huang, Gaurav Upadhyay, Yujin Ahn, Masayoshoi Sakakura, Gelson J. Pagan-Diaz, Younghak Cho, Amanda C. Weiss, Chen Huang, Jennifer W. Mitchell, Jiahui Li, Yanqi Tan, Yu- Heng Deng, Austin Ellis-Mohr, Zhi Dou, Xiaotain Zhang, Sehong Kang, Qian Chen, Jonathan V. Sweedler, Sung Gap Im, Rashid Bashir, Hee Jung Chung, Gabriel Popescu, Martha U. Gillette, Mattia Gazzola et Hyunjoon Kong .
