Formation et interaction des réseaux neuronaux

Comment se forment le vaste nombre de circuits neuronaux distincts et comment s'organisent-ils pour réguler les comportements divers - mais cependant conservés - chez différents animaux ? Comment les facteurs environnementaux affectent-ils la formation de ces réseaux neuronaux lors du développement ?

Notre objectif principal est de comprendre comment l’activité neuronale précoce et la neurotransmission coordonnent les différents processus cellulaires (croissance des axones, formation et élimination des synapses…) qui définissent l’architecture spécifique d’un réseau neuronal. Nous explorons la façon dont des circuits fonctionnels distincts émergent lors du développement, comment ils interagissent les uns avec les autres et comment ces interactions évoluent pour aboutir à la formation d’un réseau neuronal mature fonctionnel.

Un neurotransmetteur majeur, l’acétylcholine, est essentiel pour alimenter et maintenir l’activité neuronale précoce. Nous examinons le rôle de la signalisation cholinergique sur la formation des réseaux neuronaux chez le poisson-zèbre en nous concentrant sur un système majeur, hautement conservé : la voie interpédonculaire de l’habénula (Hb-IPN) dans le cerveau. Nous cherchons à savoir comment la signalisation cholinergique, au cours de l’activité neuronale précoce, participe à la formation de connections neuronales fonctionnelles dans ce système.

Nous cherchons également à savoir si des perturbations précoces de l’activité neuronale et de la neurotransmission liées à des facteurs environnementaux (comme la nicotine) altèrent les trajectoires de développement de ce réseau et affectent ses fonctions dans le comportement des animaux. En effet, la nicotine se lie avec une forte affinité aux récepteurs cholinergiques et perturbe spécifiquement cette voie de signalisation. La voie Hb-IPN a notamment récemment été identifiée comme un important circuit de régulation des comportements associés à la prise de nicotine. Comprendre le développement de la voie Hb-IPN et les changements induits par la nicotine pourrait fournir de nouvelles clés dans la compréhension de l’étiologie de cette addiction.

Nous utilisons diverses approches comme l’analyse multi-échelle des dynamiques neuronales in vivo par imagerie calcique via la microscopie à feuilles de lumière.

Futurs projets

Comment l’activité neuronale et la neurotransmission régulent-elles les dynamiques cellulaires (élaboration des terminaisons axonales, synaptogenèse) pendant la formation de circuits neuronaux ?

Pour répondre à cette question, nous utilisons l’optogénétique et la technologie CRISPR-Cas9 pour générer des mutants perturbant la signalisation cholinergique, afin de comprendre comment l’activité neuronale et la neurotransmission contribuent à la formation de connexions cellulaires fonctionnelles dans la voie Hb-IPN.

Quelles sont les voies neuronales qui interagissent de façon fonctionnelle avec la voie Hb-IPN, et comment le réseau est-il affecté par les facteurs environnementaux ?

En collaboration avec le Laboratoire Jean Perrin, nous utilisons l’imagerie par microscopie à feuille de lumière afin d’identifier les autres zones du cerveau connectées de façon fonctionnelle avec la voie Hb-IPN et de comprendre comment une signalisation cholinergique perturbée au cours du développement peut affecter ce réseau neuronal.

Collaborations

  • Raphaël Candelier et Georges Debrégeas (Laboratoire Jean Perrin, UPMC, Paris)
  • Erik Duboué et Marnie Halpern (Carnegie Institute, Baltimore, USA)
  • Jean-Marie Mangin et Pascal Legendre (Neuroscience Paris-Seine, UPMC, Paris)
  • Claire Wyart (ICM, Paris)