Proprietés fonctionnelles de réseaux d'interneurones cérébelleux – INNET

Au cours des dernières années, de très nombreuses informations ont été acquises concernant les propriétés cellulaires et synaptiques des neurones qui constituent le réseau du cervelet. Paradoxalement, notre compréhension du fonctionnement global du réseau est restée cependant largement basée sur le travail exécuté au cours des années 1960 et 1970, et n’a bénéficié que médiocrement de l’augmentation spectaculaire des connaissances des mécanismes cellulaires au cours de la période intermédiaire. C’est particulièrement vrai en ce qui concerne le rôle fonctionnel des deux types majeurs d’interneurones présents dans le cervelet, les interneurones de la couche moléculaire et les cellules de Golgi. Le présent projet s’efforce de contribuer à combler ce manque en utilisant une approche pluridisciplinaire allant du niveau des tranches de cerveau aux études sur des animaux vigiles, et en combinant plusieurs techniques de pointe (la transfection ciblée d’une sonde calcique dans des compartiments spécifiques de neurones spécifiques; l’imagerie calcique biphotonique; l’utilisation de neurotransmetteurs cagés; les enregistrements appariés en whole cell recording dans des tranches de cerveau; l’apprentissage de souris pour des études comportementales). Plusieurs de ces techniques seront menées dans des expériences parallèles aux niveaux in vitro et in vivo de façon à faciliter le transfert de résultats et de concepts entre ces deux niveaux d’édude.
Le projet sera exécuté par quatre équipes qui ont toutes une grande expérience du système cérébelleux, et qui ont pratiqué pendant des années une approche combinant des techniques d’électrophysiologie et d’imagerie dans ce système. Une des équipes sera responsable de l’établissement des procédures in vivo; deux équipes seront responsables des expériences dans les tranches, une sur les interneurones de la couche moléculaire, et l’autre sur les cellules de Golgi; la dernière équipe se concentrera sur le développement d’une nouvelle technique pour utiliser des neurotransmetteurs cagés in vivo.
Sur la base de nos résultats préliminaires, les interneurones seront marqués à l’aide de la sonde GCaMP3. Des vecteurs viraux exprimant GCaMP3 seront développés par une approche adénovirus. Le virus modifié sera injecté dans des souris et les animaux injectés seront examinés par imagerie biphotonique.
Une première série d’expériences sera exécutée dans des souris anesthésiées. L’activité des interneurones sera induite par stimulation extracellulaire des fibres parallèles. Pour interpréter ces résultats, des expériences seront exécutées aussi sur des tranches transfectées avec la GCaMP3, et des réponses à des stimulations minimales de fibres parallèles seront caractérisées. Sur la base de ces diverses expériences nous déterminerons la fonction entrée-sortie dans les deux types d’interneurones. Un travail supplémentaire sur les tranches consistera à examiner les jonctions électriques entre interneurones, ainsi que la corrélation entre l’acitivité d’interneurones voisins au cours d’oscillations, pour comprenre mieux le rôle des synapses électriques et chimiques dans les interactions de réseau.
Une deuxième série d’expériences impliquera l’imagerie calcique biphotonique dans des souris en contention qui exécuteront une tâche répétitive de prise de boisson. Le patron de l’activité des interneurones sera déterminé en fonction de la phase du cycle de la tâche. Ce patron sera perturbé en utilisant une nouvelle approche permettant la photolibération de neurotransmetteurs par l’intermédiaire d’une fibre optique.
Au total ces études permettront de préciser comment des signaux élémentaires comme ceux induits par des synapses individuelles sont combinés entre eux pour générer l’activité des interneurones dans un contexte physiologique. Ils permettront de plus de comprendre comment les interactions interneurone-interneurone transforment cette activité au niveau du réseau.