Développement de l'organisation spinale

Le développement du système nerveux central est un évènement complexe qui dépend à la fois de facteurs génétiques et environnementaux et qui nécessite des interactions entre les neurones et les cellules non neuronales. Ces interactions sont supposées orchestrer la genèse d’assemblées de neurones distincts qui, en se coordonnant, vont être capable de générer des comportements complexes.

L’objectif de notre projet de recherche est de mieux comprendre les mécanismes conduisant à la formation des premiers réseaux de neurones fonctionnels au cours du développement embryonnaire en prenant comme modèle la moelle épinière d’embryon de souris et de poulet.

Notre projet de recherche s’articule suivant 2 axes :

  • Le premier axe a pour objet de déterminer la nature des premières interactions entre les neurones et leur évolution en analysant l’activité spontanée de la moelle épinière au début de la synaptogenèse.
  • Le deuxième axe a pour objet de déterminer comment les premiers réseaux de neurones influencent et sont influencés par la microglie et les progénteurs d’oligodendrocyte.

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Le but général de notre projet est de mieux comprendre les mécanismes conduisant à la formation des premiers réseaux de neurones fonctionnels dans la moelle épinière embryonnaire. 

Ce projet s’inscrit dans un champ de recherche en émergence visant à comprendre le rôle des premières interactions entre neurones et entre neurones et cellules gliales dans l’émergence des premiers ensembles de neurones capables de générer une activité coordonnée sous tendant des comportements précis.

 Bien que de nombreuses études ont eu pour objectif de comprendre comment les réseaux fonctionnels de neurones se développent, les mécanismes qui sous-tendent l’activité électrique des premiers ensembles de neurones, sont peu connus. La majorité de ces recherches s’est focalisée sur les interactions entre neurones laissant de coté le rôle des interactions neurones-glies qui de fait reste à définir.

Dans ce cadre nous développons trois projets complémentaires :

  • Le premier projet a pour objectif d’explorer le rôle potentiel des premiers interneurones dans la régulation de l’activité spinal au début de la synaptogenèse chez l’embryon.
  • Le 2eme projet a pour objectif de comprendre le rôle des microglies dans le développement des premiers réseaux de neurones spinaux chez la souris.
  • Le 3eme projet a pour but d’explorer la nature des interactions entre les neurones et les progéniteurs d’oligodendrocytes (NG2) pendant la mise en place des premiers réseaux locomoteurs chez l’embryon de souris et de poulet.

Résultats importants

Ces dernière années nous avons découvert que les cellules radiaires qui sont des progéniteurs, régulent l’activité électrique des premiers réseaux de neurones spinaux en libérant de la glycine. Nous avons par ailleurs démontré qu’au début de la synaptogenèse, le contrôle de l’activité spinale embryonnaire par l’acétylcholine passe par une régulation présynaptique de la libération postsynaptique du GABA et du glutamate.

En ce qui concerne les microglies, nous avons montré que ces cellules immunitaires envahissent la moelle épinière embryonnaire au début de la synaptogenèse. Dès que ces cellules rentrent dans le parenchyme, elles interagissent avec leur environnement en phagocytant les cellules en apoptoses. En retour les neurones contrôlent la prolifération des microglies par l’intermédiaire du récepteur purinérgique P2X7.

Nous avons enfin montré que les cellules NG2 localisées au niveau du cortex somato-sensoriel reçoivent des synapses glutamatergiques provenant des projections thalamo-corticales. Ces synapses glutamatergiques maintiennent les cellules NG2 à la périphérie des champs de tonneaux, les champs de tonneaux intégrant l’information sensorielle provenant des vibrisses. 

Projets

Nous mettons en œuvre trois projets complémentaires.

Pour répondre à ces questions nous utilisons des outils génétiques (système Cre/Lox), des souris exprimant la GFP pour visualiser les cellules d’intérêt, les techniques d’électrophysiologie, l’optogénétique, l’immunohistochimie, etc.

Collaborations

  • National:

-P. Branchereau, Bordeaux. (early SC electrical activity)

-M. Mallat, ICM, Paris. (Microglia)

-I. Couillin, UMR-IEM 6218, Orléans. (P2X7Rs)

-C. Wyart, ICM, Paris. (Optogenetic)

  • International:

-J. Meier, Berlin, Germany. (GlyRs)

-F. Alvarez, Atlanta, USA. (Early Renshaw cells)

-J.M. Rigo, Hasselt, Belgium. (GlyRs, radial cells, microglia)

-C. Francius and F. Clotman, Bruxelles, Belgium. (GABAergic INs)

-D. Riethmacher, Southampton, UK. (floxROSAfloxDTA mouse line)

-V. Gallo, Washington, USA. (OPC)

-D. Bergles, Baltimore, USA. (OPC, Gcamp, calcium imaging)

  • Local:

-NPGS: S. El Mestikawy

-GOA: C. Betancur

-Plateforms (Imaging): S. Bolte

Publications

Glycine release from radial cells modulates the spontaneous activity and its propagation during early spinal cord development J Neurosci. 2010.

Microglia proliferation is controlled by P2X7 receptors in a pannexin-1-independent manner during early embryonic spinal cord invasion. J Neurosci. 2012.

Experience-dependent thalamocortical innervation regulates proliferation and distribution of NG2-expressing progenitors in the developing barrel cortex. Nature Neurosci. 2012.