Projet ANR-14-CE13-0016 – HOLOHUB : Éclairer la fonction des neurones hubs de l'hippocampe adulte chez la souris éveillée par microscopie à modulation de front d’onde
Programme : Une nouvelle représentation du vivant (DS0401) 2014
Année de financement : 2014
Coordinateur du projet : Madame Valentina Emiliani (Neurophotonics Laboratory UMR 8250)
Partenaires : Laboratoire public; Laboratoire public
Montant : 444496.0 euros
Date de début : 2014
Durée : 54 mois
Résumé : La plupart des fonctions corticales et des pathologies du système nerveux sont associées à l’activité coordonnée de neurones organisés en réseau. Une approche classique pour appréhender la complexité des réseaux neuronaux est de les dissocier en microcircuits, unités fonctionnelles dont le rôle spécifique peut être révélé par modulation sélective de l’activité des neurones qui les composent. La modulation sélective de l’activité de neurones ciblés s’est révélée être une stratégie expérimentale performante in vitro puisqu’elle a permis la mise en évidence d’une classe fonctionnelle majeure de neurones, les neurones « hubs » dont la fonction est d’orchestrer l’activité neuronale de l’hippocampe en développement par le biais d’une arborisation axonale dense et étendue (Bonifazi et al. Science 2009). Si les neurones « hubs » jouent un rôle central pour le développement de l’hippocampe, on ignore si les mêmes cellules, ou des neurones différents jouent un rôle équivalent de hubs, synchronisant l’activité neuronale en conditions physio-pathologiques dans l’hippocampe adulte. Ce projet propose d’étudier la fonction hub in vivo au sein de l’hippocampe de souris adulte. Notre but ultime est double. D’un point de vue du développement optique, nous souhaitons mettre en place un système permettant de cartographier en microscopie la connectivité effective 3D des réseaux hippocampiques de la souris éveillée avec une résolution cellulaire. Du point de vue de la neurobiologie, nous souhaitons lier les neurones hubs à un comportement mettant en jeu une fonction hippocampique et à contraindre des activités pathologiques en agissant sur des microcircuits dispersés et spécifiques. Dans ce but, notre projet se décline selon trois objectifs. Le premier consistera à mettre en place un système optique permettant la stimulation lumineuse de cellules uniques ou d’assemblées cellulaires ciblées en profondeur au sein d’un milieu dispersif tout en enregistrant la dynamique du réseau par imagerie calcium. Ce microscope combinera l’imagerie 2 photons (2P) avec le contrôle spatio-temporel de l’activité neuronale par photoactivation holographique à 2P et par la technique de focalisation temporelle, une nouvelle technique récemment mise en place dans le laboratoire de V. Emiliani (Lutz et al. Nature Methods 2008, Anselmi et al. PNAS 2011, Papagiakoumou et al. Nature Methods 2010, Nature photonics 2013). Les deux objectifs suivants seront menés en parallèle et nécessiteront la stimulation précise de plusieurs neurones. Le premier interrogera la fonction hub in vivo en conditions physiologiques et dans le cerveau épileptique selon l’hypothèse que les neurones GABAergiques générés tôt au cours de l’embryogenèse sont des candidats potentiels à remplir cette fonction hub, d’après les données récentes du laboratoire de R Cossart (Picardo et al. Neuron 2011). Le second objectif sera d’identifier des neurones hubs fonctionnels, sans a priori, en se basant uniquement sur l’analyse de la connectivité effective de la région CA1 obtenue par la photoactivation systématique des neurones actifs chez la souris éveillée. En résumé, ce projet permettra de relier deux niveaux d’analyse des réseaux corticaux, les niveaux cellulaire et comportemental grâce à l’action combinée de deux laboratoires aux expertises différentes mais complémentaires.