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Une nouvelle représentation du vivant (DS0401)
Edition 2014


OLIGOSENSOR


Etude de l’évolution de la connectivité GABAergique des précurseurs d’oligodendrocytes et de la myélinisation en fonction de l'expérience sensorielle dans le cortex somatosensoriel

Rôle de synapses uniques dans le cerveau
Ce projet vise à élucider le rôle des synapses entre neurones et progéniteurs d'oligodendrocytes. Nous allons nous concentrer sur l'analyse des synapses formées entre les interneurones GABAergiques et les progéniteurs d'oligodendrocytes du cortex somatosensoriel au cours du développement et en conditions pathologiques. Ce travail peut avoir des implications importantes dans les maladies neuro-développementales, en particulier celles liées à des altérations de la myéline.

Impact des synapses formées entre interneurones GABAergiques et progéniteurs gliales dans le contrôle de la myélinisation du cerveau en développement
Les synapses du cerveau ne sont plus considérées comme une caractéristique exclusive des neurones. En effet, les précurseurs d'oligodendrocytes (OPC), une source majeure d'oligodendrocytes myélinisants au cours du développement du cerveau et chez l'adulte, reçoivent des connexions synaptiques neuronales dans le système nerveux central. Toutefois, le rôle de cette connectivité synaptique entre neurone et OPC reste inconnu. L'objectif principal de ce projet est de déterminer si la connectivité GABAergique des OPC a un impact sur leur différenciation en oligodendrocytes et sur la myélinisation au cours du développement postnatal du cortex somatosensoriel. Le projet OLIGOSENSOR vise à clarifier trois aspects distincts de ces synapses : 1) identifier les sous-types interneurones qui sont connectés aux OPCs et donc, pourraient contrôler leur développement; 2) examiner le rôle des synapses GABAergiques des OPCs dans le contrôle de leur prolifération, leur différenciation et la myélinisation; et 3) déterminer les fonctions de la connectivité entre interneurones et OPC dans des conditions pathologiques, après une lésion de démyélinisation.

Approches multidisciplinaires pour déterminer l'impact de la connectivité entre neurones et précurseurs d'oligodendrocytes sur leur développement et la myélinisation.
L'objectif principal de ce projet est de démontrer si les interneurones GABAergiques influencent la myélinisation corticale en régulant la prolifération et/ou la différenciation des OPC de manière dépendante de l'activité dans le cortex somatosensoriel. Pour atteindre cet objectif, nous utilisons une approche multidisciplinaire combinant l'imagerie calcique bi-photonique, l'électrophysiologie, la photolyse holographique, l'immunocytochimie dans des souris contrôles et présentant une délétion d'une sous-unité du récepteur GABA-A spécifiquement dans les OPCs.

Tout d'abord, des enregistrements appariés et la photolyse holographique sont utilisés pour déterminer : 1) l'identité des interneurones GABAergiques connectés aux OPCs, et qui pourraient réguler oligodendrogenèse, 2) l'organisation spatiale des connexions entre interneurones et OPCs dans le réseau. La photolyse holographique est une méthode optique de pointe qui permet de générer un motif lumineux précis, permettant la photolyse de neurotransmetteurs encagés. Dans notre cas, nous utilisons cette technique pour photo-stimuler spécifiquement des interneurones avec du glutamate encagé et définir l'organisation spatiale de la connectivité GABAergique des OPCs.

Ensuite, la délétion d'une sous-unité du récepteur GABA-A, spécifiquement dans les OPCs, devrait altérer l'activité synaptique dans des conditions normales et après démyélinisation. Cette stratégie devrait nous permettre de définir si la connectivité synaptique GABAergique des OPCs régule directement la différenciation des oligodendrocytes et la myélinisation. L'effet de la délétion de la sous-unité est évaluée par électrophysiologie et par imagerie calcique biphotonique, tandis que l'impact sur le développement et la myélinisation sont analysés par immunohistochimie de différents marqueurs des OPCs, des oligodendrocytes et de la myéline.

Résultats

Nos données ont déjà révélé que des types distincts d'interneurones innervent les OPCs corticaux d'une manière très structurée. Différents types d'interneurones contactent des sites postsynaptiques distincts selon leur identité et contenant différents types de récepteurs GABA-A. De manière surprenante, nos résultats ont également révélé que les interneurones et les OPCs forment un réseau spécifique, caractérisé par une microarchitecture très locale. Enfin, nous avons également montré que les connexions entre les interneurones et les OPCs sont maximales au jour postnatal PN10 chez la souris, en corrélation avec le début de la différentiation massive des OPCs en oligodendrocytes myélinisants. Ces résultats suggèrent un rôle de ces synapses dans oligodendrogenèse (Orduz et al., 2015). Pour déterminer le rôle de l'activité synaptique entre les interneures et les OPCs dans le contrôle de l’oligodendrogenèse et la myélinisation, nous avons déjà généré une souris mutante présentant une délétion conditionnelle d'une sous-unité du récepteur GABA-A dans les cellules de la lignée oligodendrocytaire. Des enregistrements par patch-clamp ont déjà montré une réduction de moitié de l'amplitude des courants synaptiques GABAergiques évoqués et de la fréquence de l'activité synaptique spontanée des OPCs dans la souris mutante, au moment du pic de connectivité entre interneurones et OPCs. Nous analysons actuellement par immunomarquages la conséquence de la délétion de la sous-unité du récepteur GABA-A sur la prolifération et la différenciation des OPCs ainsi que la myélinisation. Nous analysons également le profil d'expression de cette sous-unité du récepteur GABA-A après une démyélinisation focale et les conséquences de sa délétion sur la remyélinisation.

Perspectives

La démonstration que l'activité synaptique GABAergique des OPCs régule oligodendrogenèse et la myélinisation pourrait avoir des répercussions importantes dans la conception de thérapies innovantes favorisant la régénération d'oligodendrocytes et la myélinisation dans les pathologies de la myéline. En effet, si l'implication des entrées synaptiques des OPCs influence la myélinisation, des stratégies pharmacologiques visant à moduler l'activité synaptique des OPCs pourraient être envisagées.

Productions scientifiques et brevets

Publication

Orduz D, Maldonado PP, Balia M, Vélez-Fort M, de Sars V, Yanagawa Y, Emiliani V, Angulo MC (2015) Interneurons and oligodendrocyte progenitors form a structured synaptic network in the developing neocortex. eLife 4:e06953.

Partenaires

INSERM Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale

INSERM Laboratoire de Neurophysiologie et Nouvelles Microscopies, INSERM U1128, Université Paris Descartes

Aide de l'ANR 444 565 euros
Début et durée du projet scientifique octobre 2014 - 36 mois

Résumé de soumission

Les fonctions cognitives, motrices et sensorielles dépendent de la maturation correcte des signaux neuronaux et de leurs intégrations dans le cerveau. Ceci est en partie dû à la myélinisation des fibres nerveuses, un processus physiologique nécessaire pour accélérer la transmission de l’influx nerveux. La myélinisation est une étape critique, et particulièrement vulnérable, du développement du système nerveux central (SNC). En effet, de nombreux troubles du développement cérébral induisent des défauts irréversibles de la myélinisation. Une possibilité pour pallier aux troubles de la myélinisation est de stimuler la production d'oligodendrocytes myélinisants à partir des précurseurs d'oligodendrocytes (OPCs) endogènes. Afin d'atteindre cet objectif, il est nécessaire de mieux comprendre les signaux cellulaires et moléculaires qui contrôlent la prolifération et la différenciation des OPCs.

Il a été démontré que les OPCs reçoivent des afférences synaptiques d'origines neuronales. Dès lors, les synapses ne sont plus considérées comme une propriété exclusive des neurones dans le SNC. La libération synaptique de neurotransmetteurs sur les OPCs pourrait ainsi constituer un nouveau mécanisme contrôlant le développement de ces cellules. Récemment, nous avons démontré que l'activité synaptique GABAergique des OPCs corticaux est plus élevée pendant la deuxième semaine postnatale, période où l'oligodendrogenèse est maximale, puis disparaît après cette période. Cette perte de l'activité synaptique GABAergique est accompagnée de changements majeurs dans la composition des sous-unités des récepteurs GABAA (GABAARs) des OPCs. Ces changements se caractérisent principalement par une régulation négative de l'expression de la sous-unité gamma2. Cette corrélation entre la décroissance de l'expression de gamma2, l'innervation synaptique et l’oligodendrogenèse suggère que les entrées synaptiques GABAergiques des OPCs influencent leur différenciation et la myélinisation.

L'objectif de ce projet est de déterminer si la connectivité synaptique GABAergique des OPCs a un impact sur l’oligodendrogenèse et la myélinisation au cours du développement postnatal du cortex somatosensoriel. Pour évaluer le rôle fonctionnel de la sous-unité gamma2 du récepteur GABAA dans ces processus, nous avons généré une souris déficiente pour la sous-unité gamma2, spécifiquement dans les OPCs et leurs progénies. Cette stratégie nous permettra, tout d'abord, d'analyser le rôle des synapses GABAergiques des OPC dans le contrôle de leur prolifération, leur différenciation et la myélinisation. Puis, nous déterminerons si la déprivation sensorielle modifie les propriétés synaptiques GABAergiques des OPCs, en corrélation avec des changements de l’oligodendrogenèse et de la myélinisation chez des souris contrôles et déficientes pour la sous-unité gamma2. Ce modèle murin nous permettra de démontrer que l’oligodendrogénèse est dépendante de l’activité des interneurones. Finalement, nous utiliserons la technique de photolyse holographique pour définir la cartographie de la connectivité GABAergique des OPCs. Par ailleurs, des enregistrements appariés entre un interneurone et un OPC nous permettrons d'analyser les propriétés pré- et post-synaptiques des connexions unitaires interneurones-OPC. La comparaison de ces propriétés chez les souris contrôles et soumises à une déprivation sensorielle devrait démontrer l'impact spécifique des différents types d’interneurones sur l’oligodendrogenèse et la myélinisation.

La démonstration d’un rôle de l'activité synaptique GABAergique des OPCs dans l’oligodendrogenèse et la myélinisation pourrait avoir de conséquences importantes pour le développement de thérapies innovantes favorisant la myélinisation dans certaines pathologies développementales du SNC. En effet, si les entrées synaptiques sur les OPCs influencent l’oligodendrogénèse, des stratégies pharmacologiques visant à moduler l'activité synaptique des OPCs pourraient être envisagées.

 

Programme ANR : Une nouvelle représentation du vivant (DS0401) 2014

Référence projet : ANR-14-CE13-0023

Coordinateur du projet :
Madame Maria Cecilia Angulo (Laboratoire de Neurophysiologie et Nouvelles Microscopies, INSERM U1128, Université Paris Descartes)

 

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L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.