Projet ANR-12-JSV4-0002 – VISIODEV : Mécanismes dépendant et indépendant de l'activité sous-tendant la formation des cartes visuelles
Programme : JCJC - SVSE 4 - Neurosciences (JCJC SVSE 4)
Année de financement : 2012
Coordinateur du projet : Madame Alexandra REBSAM (U839, institut du Fer à Moulin)
Partenaires : Institut du Fer à Moulin
Montant : 314211.0 euros
Date de début : 2013
Durée : 36 mois
Résumé : Formation des cartes visuelles au cours du développementCe projet vise à comprendre comment les connexions entre l'oeil et le cerveau s'organisent au cours du développement pour assurer une correcte représentation du monde extérieur.
Mécanismes fondamentaux pour la compréhension de la connectivité neuronaleL'objectif principal de ce projet est de mieux comprendre comment les cartes visuelles se forment au cours du développement et plus précisément d'élucider les contributions relatives et les interactions entre les mécanismes moléculaires et dépendant de l'activité. Ces résultats impacteront largement le champ des neuroscience car la plupart des mécanismes sont conservés et nos résultats seront donc pertinents pour l'établissement d'autres connexions neuronales.
Combinaison d'approches in vitro et in vivo pour analyser la mise en place des connexions visuellesCe projet a l'avantage de combiner des approches variées de génétique de la souris, une technique de pointe d'électroporation permettant l'expression de molécules d'intérêt dans la rétine ou dans le cerveau avec de la culture cellulaire, du traçage neuronal et des méthodes histologiques. De plus, nous couvrirons plusieurs aspects de la formation des cartes visuelles: le guidage axonal, la fasciculation, la formation et la rétraction de branches axonales qui permettent l'organisation précise de la carte visuelle, reflétée in vivo par l'organisation topograpique et oeil-spécifique des axones rétiniens dans leur cible.
Résumé de la soumission : La mise en place des connexions neuronales requiert des mécanismes indépendant et dépendant de l'activité. L'organisation précise et l'accessibilité du système visuel en fait un modèle idéal pour analyser le rôle de ces différents facteurs. Les projections rétiniennes forment une carte visuelle organisée de manière topographique et oeil-spécifique. Cette organisation précise est cruciale pour la vision. Le but de ce projet est de comprendre comment l'activité et certaines molécules modèlent la carte visuelle au cours du development du système visuel chez la souris. Nous étudierons d'abord un nouveau rôle de Plexine A1, un récepteur aux sémaphorines, étudié généralement pour son rôle dans le guidage axonal. Nos résultats préliminaires montrent en effet que Plexine A1 est nécessaire à la fasciculation et au ciblage des axones rétiniens. Nous utiliserons plusieurs méthodes de traçages et d'anatomie pour déterminer l'origine de ces anomalies et pour identifier quel ligand Sémaphorine de Plexine A1 est responsable des défauts observés chez les souris Plexine A1-KO. Nous étudierons ensuite le rôle de l'activité dans la formation des cartes visuelles. En effet, il existe des vagues d'activité spontanée dans la rétine nécessaires au raffinement de la carte visuelle. Cependant, la nécessité de la libération synaptique calcium-dépendante dans ce phénomène n'a pas été établie. Nous proposons d'utiliser une délétion conditionnelle des protéines RIM pour réduire fortement la libération synaptique calcium-dépendante spécifiquement dans les cellules ganglionnaires de la rétine (CGRs) en utilisant des lignées de souris transgéniques et la technique d'électroporation rétinienne in utero. Ceci nous permettra d'étudier l'importance de la libération synaptique sur la carte visuelle mais aussi au niveau des arborisations axonales et de déterminer si cet effet est cellule autonome. De plus, nous utiliserons le même modèle génétique pour étudier les conséquences sur l'expression génique de la réduction de la libération synaptique, avec l'espoir de pouvoir ainsi identifier des gènes candidats régulés par l'activité et impliqués dans la formation des cartes visuelles. Nous étudierons également le rôle de la sérotonine car des taux élevés de sérotonine perturbent la formation de la carte visuelle. Nous étudierons  si la sérotonine a un rôle sur la croissance et le guidage des axones rétiniens en utilisant différents tests de culture d'explants rétiniens en combinaison avec des traitements pharmacologiques. Notre hypothèse de travail est que l'expression spécifique de SERT sur les CGRs ipsilatérales permet la modulation de la concentration locale de sérotonine par recapture au niveau de ces synapses. Le récepteur 5HT1B étant exprimés par toutes les CGRs, il sera soumis à des concentrations différentes de sérotonine selon le type de synapse et pourra ainsi moduler différemment la transmission glutamatergique et/ou la réponse à des molécules de guidage. Nous proposons de perturber in vivo le signal sérotoninergique en utilisant l'électroporation in utero de SERT ou du récepteur 5HT1B pour voir si la carte visuelle est perturbée. Ceci nous permettra de déterminer le rôle cellulaire de la sérotonine sur les axones rétiniens et de mieux comprendre les possibles conséquences sur le développement foetal de l'usage croissant d'inhibiteurs de la recapture de sérotonine pour traiter la dépression chez les femmes enceintes ou allaitantes. Enfin, nous déterminerons les interactions entre les différents méchanismes étudiés.  Nous chercherons par exemple à déterminer si la sérotonine agit via la modulation de libération synaptique et si l'activité régule l'expression de molécules impliquées dans la formation des cartes visuelles. Plus généralement, ce projet aidera à mieux comprendre comment se forment les connexions neuronales et  à appréhender les mécanismes perturbés dans des maladies neurodévelopmentales comme la schizophrénie et l'autisme.
Résultats : Nous avons mis en évidence que la libération synaptique est nécessaire à l'organisation de la carte oeil-spécifique mais pas à celle de la carte rétinotopique. C'est la première fois que ces deux phénomènes sont découplés car les perturbations de l'activité générale dans la rétine impactent les deux cartes. Ce résultat aidera à déterminer la contribution relative des différents mécanismes liés à l'activité rétinienne sur la formation des cartes visuelles. Ce résultat est l'objet d'un manuscrit en cours d'écriture.
Perspectives : Comprendre comment les connexions sont établies et raffinées au cours du développement cérébral est crucial pour appréhender et prévenir les défauts se produisant au cours des pathologies neurodéveloppementales. De plus, l'établissement correct des cartes visuelles étant crucial pour une vision adéquate, les résultats de nos recherches permettront de mieux comprendre les défauts visuels se produisant dans certaines pathologies visuelles ou oculomotrices comme l'albinisme, l'amblyopie, le strabisme et le nystagmus. Ils donneront également des informations importantes pour promouvoir le ciblage correct des axones en cas de stratégies de régénération après une neurodégénérescence ou une lésion nerveuse.
Publications et brevets : Les résultats obtenus ont été présentés à différents réunions scientifiques sous forme de présentation orale (RIKEN-BSI summer school, Japan, July 2013) et de poster (Colloque de la Société des Neurosciences, Lyon, 2013) et sont la base d'un manuscrit en cours de préparation pour soumission à l'automne 2013.