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Communiqués de presse
Des scientifiques de Montréal font un pas de plus vers la réparation des cellules nerveuses endommagées

Le mardi 31 mars 2015

Des chercheurs de l’IRCM découvrent une nouvelle synergie dans le développement du système nerveux

Une équipe de chercheurs à l’IRCM dirigée par Frédéric Charron, Ph. D., en collaboration avec des bio-ingénieurs à l’Université McGill, a découvert une nouvelle synergie dans le développement du système nerveux qui explique un mécanisme important requis pour la formation des circuits neuronaux. Cette percée, publiée aujourd’hui dans la revue scientifique PLoS Biology, pourrait éventuellement aider à développer des outils pour réparer les cellules nerveuses endommagées par des lésions au système nerveux (comme le cerveau ou la moelle épinière).
 
Les chercheurs dans le laboratoire du Dr Charron étudient les neurones, soit les cellules nerveuses qui constituent le système nerveux central, ainsi que leurs longues extensions nommées axones. Lors du développement, les axones doivent suivre des chemins précis dans le système nerveux afin de bien former les circuits neuronaux et permettre aux neurones de communiquer entre eux. Les chercheurs de l’IRCM étudient le processus de guidage axonal pour mieux comprendre comment les axones réussissent à suivre les bons chemins.
 
« Pour atteindre leur cible, les axones en développement dépendent de molécules, nommées signaux de guidage, qui les dirigent en les repoussant ou en les attirant vers leur destination » a expliqué le Dr Charron, directeur de l’unité de recherche en biologie moléculaire du développement neuronal à l’IRCM.
 
Au cours des dernières décennies, la communauté scientifique a eu du mal à comprendre pourquoi plus d’un signal de guidage est requis pour que les axones atteignent la bonne cible. Dans cet article, les scientifiques de l’IRCM ont découvert comment les axones utilisent l’information fournie par plusieurs signaux afin de bien s’orienter. Pour ce faire, ils ont étudié la variation relative dans la concentration des signaux présents dans l’environnement d’un neurone, soit la pente du gradient.
 
« Nous avons trouvé qu’un des facteurs critiques pour le guidage axonal voulait que plus le gradient est abrupt, plus les axones réagissent aux signaux de guidage. Par ailleurs, nous avons constaté que le gradient d’un signal de guidage n’est pas toujours suffisant pour orienter les axones. Dans ces cas, nous avons démontré qu’une combinaison de signaux de guidage peuvent agir en synergie afin d’aider l’axone à interpréter la direction du gradient » a expliqué Tyler F.W. Sloan, étudiant au doctorat au laboratoire du Dr Charron et premier auteur de l’étude.
 
En collaboration avec le programme de neuroingénierie (Program in Neuroengineering) à l’Université McGill, l’équipe du Dr Charron a développé une technique innovatrice pour recréer les gradients de concentration des signaux in vitro, c’est-à-dire qu’ils peuvent ainsi étudier les axones en développement hors de leur contexte biologique.
 
« Cette nouvelle méthode nous offre plusieurs avantages par rapport aux techniques antérieures; elle nous permet de simuler des conditions plus réalistes des embryons en développement, de mener des expériences à plus long terme pour observer le processus complet de guidage axonal et d’obtenir des données quantitatives utiles. La méthode combine les connaissances du domaine de la microfluidique – qui utilise des fluides à l’échelle microscopique pour miniaturiser les expériences biologiques – aux études cellulaires, biologiques et moléculaires que nous menons en laboratoire » a ajouté Sloan.
 
« Voilà un vrai travail multidisciplinaire et un excellent exemple de ce que le programme en neuroingénierie vise à accomplir dans des situations où des neurobiologistes, comme moi, ont des questions précises qu’ils veulent aborder, mais que les outils actuels ne sont pas adaptés à répondre à leur question. Ainsi, grâce à ce programme unique, nous nous sommes associés aux bio-ingénieurs et aux experts en microfluidique et en modélisation mathématique à McGill pour créer le dispositif requis pour notre etude » a déclaré le Dr Charron.

« Cette percée scientifique nous fait donc faire un pas en avant vers la réparation des cellules nerveuses endommagées par les lésions au système nerveux central. Une meilleure compréhension des mécanismes impliqués dans le guidage axonal nous offrira des nouvelles possibilités pour le développement de techniques pour traiter les lésions de la moelle épinière, et peut-être même les maladies neurodégénératives » a conclu le Dr Charron.
 
Les lésions au système nerveux central affectent des milliers de canadiens chaque année et peuvent mener à une invalidité permanente. Fréquemment causées par un accident, un accident vasculaire cérébral (AVC) ou une maladie, ces blessures sont très difficiles à réparer. Il est donc nécessaire de mener des recherches afin de développer de nouveaux outils pour réparer les dommages au système nerveux central.
 
À propos de l’étude
Le projet de recherche à l’IRCM a été subventionné par les Instituts de recherche en santé du Canada, le NSERC-Create: Training Program in Neuroengineering, le Fonds de recherche du Québec – Santé et la Fondation canadienne pour l’innovation. Les autres auteurs comprennent Patricia T. Yam de l’IRCM, ainsi que Mohammad A. Qasaimeh et David Juncker de l’Université McGill. Pour plus d’informations, veuillez consulter l’article publié en ligne par PLoS Biology : http://journals.plos.org/plosbiology/article?id=10.1371/journal.pbio.1002119.
     
À propos de Frédéric Charron
Frédéric Charron est docteur en médecine expérimentale de l’Université McGill. Il est professeur agrégé de recherche IRCM et directeur de l’unité de recherche en biologie moléculaire du développement neuronal. Le Dr Charron est professeur-chercheur agrégé au Département de médecine (accréditation en biologie moléculaire) et membre associé au Département des neurosciences de l’Université de Montréal. Il est aussi professeur associé au Département de médecine (Division de médecine expérimentale), Département de biologie et Département d’anatomie et de biologie cellulaire de l’Université McGill. Par ailleurs, il est membre du McGill Integrated Program in Neuroscience et du NSERC-CREATE Training Program in Neuroengineering. Le Dr Charron est chercheur-boursier senior du Fonds de recherche de Québec – Santé (FRQS). Pour plus d’informations, visitez le www.ircm.qc.ca/charron.
 
À propos de l’IRCM
IRCM (www.ircm.qc.ca) est un institut de recherche biomédicale de grande réputation situé en plein cœur du milieu universitaire montréalais. Fondé en 1967, il regroupe aujourd’hui 35 équipes de recherche et quatre cliniques spécialisées en cholestérol, hypertension, fibrose kystique et diabète et obésité. L’IRCM est affilié à l’Université de Montréal. Il entretient aussi des relations étroites avec l’Université McGill. Sa clinique est affiliée au CHUM. L’IRCM reçoit l’appui du ministère de l’Économie, de l’Innovation et des Exportations du Québec.
 
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Pour plus d’informations ou pour une entrevue avec le Dr Charron, veuillez communiquer avec :

Julie Langelier, Chargée de communication (IRCM)
julie.langelier@ircm.qc.ca | (514) 987-5555
 
Lucette Thériault, Directrice des communications (IRCM)
lucette.theriault@ircm.qc.ca | (514) 987-5535


Montréal scientists get one step closer to finding how to repair damaged nerve cells

Tuesday, March 31, 2015

IRCM researchers discover a new kind of synergy in the development of the nervous system

A team of researchers at the IRCM led by Frédéric Charron, PhD, in collaboration with bioengineers at McGill University, uncovered a new kind of synergy in the development of the nervous system, which explains an important mechanism required for neural circuits to form properly. Their breakthrough, published today in the scientific journal PLoS Biology, could eventually help develop tools to repair nerve cells following injuries to the nervous system (such as the brain and spinal cord).

Researchers in Dr. Charron’s laboratory study neurons, the nerve cells that make up the central nervous system, as well as their long extensions known as axons. During development, axons must follow specific paths in the nervous system in order to properly form neural circuits and allow neurons to communicate with one another. IRCM researchers are studying a process called axon guidance to better understand how axons manage to follow the correct paths.

“To reach their target, growing axons rely on molecules known as guidance cues, which instruct them on which direction to take by repelling or attracting them to their destination,” explains Dr. Charron, Director of the Molecular Biology of Neural Development research unit at the IRCM.

Over the past few decades, the scientific community has struggled to understand why more than one guidance cue would be necessary for axons to reach the proper target. In this paper, IRCM scientists uncovered how axons use information from multiple guidance cues to make their pathfinding decisions. To do so, they studied the relative change in concentration of guidance cues in the neuron’s environment, which is referred to as the steepness of the gradient.

“We found that the steepness of the gradient is a critical factor for axon guidance; the steeper the gradient, the better the axons respond to guidance cues,” says Tyler F.W. Sloan, PhD student in Dr. Charron’s laboratory and first author of the study. “In addition, we showed that the gradient of one guidance cue may not be steep enough to orient axons. In those instances, we revealed that a combination of guidance cues can behave in synergy with one another to help the axon interpret the gradient's direction.”

In collaboration with the Program in Neuroengineering at McGill University, Dr. Charron’s team developed an innovative technique to recreate the concentration gradients of guidance cues in vitro, that is to say they can study the developing axons outside their biological context.

“This new method provides us with several benefits when compared to previous techniques, and allows us to simulate more realistic conditions encountered in developing embryos, conduct longer-term experiments to observe the entire process of axon guidance, and obtain extremely useful quantitative data,” adds Sloan. “It combines knowledge from the field of microfluidics, which uses fluids at a microscopic scale to miniaturize biological experiments, with the cellular, biological and molecular studies we conduct in laboratories.”

“This is true multidisciplinary work, and an excellent example of what the Program in Neuroengineering aims to accomplish in situations where neurobiologists like myself have a specific question they want to address, but the current tools aren’t adapted to answer their question,” mentions Dr. Charron. “Thus, thanks to this unique program, we teamed up with McGill’s bioengineers and microfluidic and mathematical modelling experts to create the device required for our study.”

“This scientific breakthrough could bring us closer to repairing damaged nerve cells following injuries to the central nervous system,” states Dr. Charron. “A better understanding of the mechanisms involved in axon guidance will offer new possibilities for developing techniques to treat lesions resulting from spinal cord injuries, and possibly even neurodegenerative diseases.”

Injuries to the central nervous system affect thousands of Canadians every year and can lead to lifelong disabilities. Most often caused by an accident, stroke or disease, these injuries are currently very difficult to repair. Research is therefore required for the development of new tools to repair damage to the central nervous system.

About the research project
The IRCM’s research project was supported by grants from the Canadian Institutes of Health Research, the NSERC-Create: Training Program in Neuroengineering, the Fonds de recherche du Québec – Santé and the Canada Foundation for Innovation. Other authors include Patricia T. Yam from the IRCM, as well as Mohammad A. Qasaimeh and David Juncker from McGill University. For more information, please refer to the article summary published online by PLoS Biology: http://journals.plos.org/plosbiology/article?id=10.1371/journal.pbio.1002119.    

About Frédéric Charron
Frédéric Charron obtained his PhD in experimental medicine from McGill University. He is an Associate IRCM Research Professor and Director of the Molecular Biology of Neural Development research unit. Dr. Charron is Associate Research Professor in the Department of Medicine (accreditation in molecular biology) and Adjunct Member in the Department of Neuroscience at Université de Montréal. He is also Adjunct Professor in the Department of Medicine (Division of Experimental Medicine), the Department of Biology, and the Department of Anatomy and Cell Biology at McGill University. In addition, he is a member of the McGill Integrated Program in Neuroscience and the NSERC-CREATE Training Program in Neuroengineering. Dr. Charron is a Senior Research Scholar from the Fonds de recherche du Québec – Santé. For more information, visit www.ircm.qc.ca/charronlab.

About the IRCM
The IRCM (www.ircm.qc.ca) is a renowned biomedical research institute located in the heart of Montréal’s university district. Founded in 1967, it is currently comprised of 35 research units and four specialized research clinics (cholesterol, cystic fibrosis, diabetes and obesity, hypertension). The IRCM is affiliated with the Université de Montréal, and the IRCM Clinic is associated to the Centre hospitalier de l’Université de Montréal (CHUM). It also maintains a long-standing association with McGill University. The IRCM is funded by the Quebec ministry of Economy, Innovation and Export Trade (Ministère de l’Économie, de l’Innovation et des Exportations).

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For more information and to schedule an interview with Dr. Charron, please contact:

Julie Langelier, Communications Officer (IRCM)
julie.langelier@ircm.qc.ca | (514) 987-5555

Lucette Thériault, Communications Director (IRCM)
lucette.theriault@ircm.qc.ca | (514) 987-5535



Frédéric Charron
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Tyler Sloan
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