Projet ANR-13-BSV4-0003 – OPTOREM : Optogénétique des réseaux neuronaux responsables de l’atonie musculaire du sommeil paradoxal
Programme : Blanc - SVSE 4 - Neurosciences (Blanc SVSE 4)
Année de financement : 2013
Coordinateur du projet : Monsieur Pierre-Hervé Luppi (Centre de Recherche en Neurosciences de Lyon)
Partenaires : Centre de Recherche en Neurosciences de Lyon
Montant : 382720.0 euros
Date de début : 2013
Durée : 48 mois
Résumé : Manipulation génétique des réseaux neuronaux responsables de l’atonie musculaire du sommeil paradoxalLe sommeil paradoxal (SP) SP se caractérise par une atonie de la musculature squelettique interrompue ponctuellement par des secousses musculaires. L’identification des mécanismes contrôlant l’activité motrice pendant le SP est d’une grande pertinence clinique car une régulation anormale de celle-ci est à la base de trois pathologies très invalidantes affectant le sommeil, les troubles comportementaux en SP (RBD), la narcolepsie avec cataplexie et les apnées obstructives du sommeil.
Réseau neuronal contrôlant l'activité motrice pendant le sommeil et ses dysfonctions  dans les pathol ogies du sommeilSur la base de données fonctionnelles, anatomiques, électrophysiologiques et pharmacologiques recueillies au cours de la dernière décade, notre équipe, reconnue par la communauté scientifique du sommeil, a récemment proposé un modèle original assignant à des neurones glutamate et GABA/glycine du tronc cérébral un rôle central dans les mécanismes de genèse de l’atonie musculaire pendant le SP. Ainsi, nous avons identifié une population de neurones glutamate activés sélectivement pendant le SP (SP-on) et restreints au tegmentum pontique dorsal (noyau tegmental sublatérodorsal, SLD). Ces neurones génèreraient l’atonie musculaire grâce à des projections descendantes vers d’autres neurones SP-on, dans la partie ventro-médiane de la formation réticulée bulbaire (noyau gigantocellulaire ventral, GiV ; noyau paragigantocellulaire latéral, LPGi). Co-exprimant le GABA et la glycine, ces neurones inhibiteurs seraient responsables de l’hyperpolarisation au cours du SP des motoneurones somatiques. Par ce moyen, une très grande partie des entrées synaptiques excitatrices d’origine corticale (cortex moteur) serait bloquée, les entrées résiduelles générant les secousses musculaires. Notre modèle fonctionnel est cependant encore l’objet de vifs débats et requiert donc une validation expérimentale. C’est dans ce contexte que s’inscrit notre projet de recherche.
Contrôle de l'activité motrice au cours du sommeil à l'aide d'approches génétiques innovantesLe développement récent des techniques d’opto- et pharmacogénétique, permettant chez la souris de manipuler à volonté l'activité électrique de neurones génétiquement ciblés avec une résolution spatiale et temporelle jamais atteinte, nous offre une occasion unique d'atteindre cet objectif. Nous proposons de combiner ces outils, la polysomnographie et les enregistrements électrophysiologiques intracellulaires chez la souris vigile libre de se mouvoir ou restreinte. Nous pourrons ainsi évaluer la contribution fonctionnelle respective des neurones glutamate du SLD et GABA/glycine du GiV-LPGi dans l’atonie musculaire du SP. De plus, nous déterminerons le rôle du cortex moteur dans la genèse des secousses musculaires du SP ainsi que dans les mouvements violents observés pendant le SP de patients RBD chez lesquels l’atonie musculaire a disparu. Enfin, nous testerons l’hypothèse que la cataplexie est due à une activation inappropriée pendant l’éveil du réseau neuronal générant l’atonie musculaire du SP.
Résumé de la soumission : Deux états de sommeil sont distingués chez l’homme, le sommeil lent et le sommeil paradoxal (SP). Le SP se caractérise par une activation corticale et des mouvements oculaires rapides associés à une atonie de la musculature squelettique interrompue ponctuellement par des secousses musculaires. L’identification des mécanismes contrôlant l’activité motrice pendant le SP est d’une grande pertinence clinique car une régulation anormale de celle-ci est à la base de trois pathologies très invalidantes affectant le sommeil, les troubles comportementaux en SP (RBD), la narcolepsie avec cataplexie et les apnées obstructives du sommeil. Bien que leurs symptômes soient bien décrits, les mécanismes neurobiologiques sous-jacents de ces pathologies restent inconnus. Aussi, l’objectif de ce projet de recherche fondamentale est de comprendre l’organisation anatomique et fonctionnelle des réseaux neuronaux contrôlant le tonus et les secousses musculaires pendant le SP chez la souris.Sur la base de données fonctionnelles, anatomiques, électrophysiologiques et pharmacologiques recueillies au cours de la dernière décade, notre équipe, reconnue par la communauté scientifique du sommeil, a récemment proposé un modèle original assignant à des neurones glutamate et GABA/glycine du tronc cérébral un rôle central dans les mécanismes de genèse de l’atonie musculaire pendant le SP. Ainsi, nous avons identifié une population de neurones glutamate activés sélectivement pendant le SP (SP-on) et restreints au tegmentum pontique dorsal (noyau tegmental sublatérodorsal, SLD). Ces neurones génèreraient l’atonie musculaire grâce à des projections descendantes vers d’autres neurones SP-on, dans la partie ventro-médiane de la formation réticulée bulbaire (noyau gigantocellulaire ventral, GiV ; noyau paragigantocellulaire latéral, LPGi). Co-exprimant le GABA et la glycine, ces neurones inhibiteurs seraient responsables de l’hyperpolarisation au cours du SP des motoneurones somatiques. Par ce moyen, une très grande partie des entrées synaptiques excitatrices d’origine corticale (cortex moteur) serait bloquée, les entrées résiduelles générant les secousses musculaires. Notre modèle fonctionnel est cependant encore l’objet de vifs débats et requiert donc une validation expérimentale. C’est dans ce contexte que s’inscrit notre projet de recherche. Le développement récent des techniques d’opto- et pharmacogénétique, permettant chez la souris de manipuler à volonté l'activité électrique de neurones génétiquement ciblés avec une résolution spatiale et temporelle jamais atteinte, nous offre une occasion unique d'atteindre cet objectif. Nous proposons de combiner ces outils, la polysomnographie et les enregistrements électrophysiologiques intracellulaires chez la souris vigile libre de se mouvoir ou restreinte. Nous pourrons ainsi évaluer la contribution fonctionnelle respective des neurones glutamate du SLD et GABA/glycine du GiV-LPGi dans l’atonie musculaire du SP. De plus, nous déterminerons le rôle du cortex moteur dans la genèse des secousses musculaires du SP ainsi que dans les mouvements violents observés pendant le SP de patients RBD chez lesquels l’atonie musculaire a disparu. Enfin, nous testerons l’hypothèse que la cataplexie est due à une activation inappropriée pendant l’éveil du réseau neuronal générant l’atonie musculaire du SP.Nous sommes convaincus que l’aboutissement de ce projet constituera une étape décisive dans la compréhension des réseaux neuronaux contrôlant le système moteur pendant le SP. Cela permettra en outre de clarifier les mécanismes neurobiologiques sous-jacents des troubles comportementaux en SP (RBD) et de la cataplexie chez les patients narcoleptiques. De même, la validation, grâce aux outils d’opto- et pharmacogénétique, des premiers modèles murins de ces pathologies du sommeil faciliteraient le développement de traitements pharmacologiques plus ciblés, voire la conception de thérapies originales.
Résultats : Nous avons démontré que l'inactivation génétique des neurones glutamatergiques du noyau pontique sublatérodorsal ou des neurones GABA/glycinergiques du noyau gigantocellulaire ventral induit des troubles du comportement en sommeil paradoxal similaires à ceux décrits chez le patients. Ces données originales démontrent le rôle clef de populations de neurones glutamatergiques et GABA/glycinergiques dans l'atonie musculaire du sommeil paradoxal et leur rôle potentiel dans les troubles du comportements en sommeil paradoxal.
Perspectives : Nous poursuivons nos efforts pour démontrer le rôle des neurones glutamatergiques et GABA/glycinergiques identifiés dans l'atonie musculaire du sommeil paradoxal en utilisant l'optogénétique. Nous allons également déterminer si les mouvements phasiques prenant place au cours du trouble du comportement en sommeil paradoxal sont générés par le cortex moteur.
Publications et brevets : Deux articles seront soumis cette année sur nos premier résultats.