Une nouvelle approche microscopique pour étudier les systèmes visuels, olfactifs et moteurs

Publié le : 28 décembre 2012

Porteurs du projet : Filippo Del Bene, Directeur de Recherche à l’Institut Curie-Paris

Equipement financé grâce à l’opération Rotary-Espoir en Tête 2012 et sélectionné par le Conseil Scientifique de la FRC : Un microscope à objectif mobile (MOM : Movable Objective Microscope) 200 000 €

Titre : Dissection optogénique de la fonction et du développement des circuits neuronaux

 

Le projet

Un objectif majeur de la neuroscience moderne est la compréhension complète du développement et du fonctionnement des circuits neuronaux. Les chercheurs impliqués dans ce projet prévoient d’examiner la formation et le fonctionnement de ces circuits neuronaux en utilisant de nouvelles approches d’optogénétique pour observer et moduler l’activité neuronale. L’étude de ces processus est d’une importance capitale pour la compréhension de la fonction cérébrale. Ceci offre un grand potentiel pour mieux comprendre la base neuronale de nombreuses maladies psychiatriques et neurodégénératives.

Grâce au financement Rotary-Espoir en Tête l’équipe de Filippo Del Bene a pu acquérir un équipement de microscopie permettant d’étudier par une approche d’optogénétique les circuits neuronaux d’organismes modèles sains et de maladies. Cet équipement a permis la réalisation de plusieurs projets visant à étudier :

• Le système visuel : les chercheurs vont ainsi pouvoir stimuler visuellement les modèles animaux et étudier les effets de cette stimulation.
• Les sens chimiques : les chercheurs peuvent délivrer des stimuli olfactifs ou gustatifs aux modèles animaux tout en imageant les circuits neuronaux impliqués.
• La réponse locomotrice : les chercheurs peuvent enregistrer la réponse locomotrice des larves lors d’une stimulation dans d’autres régions du système nerveux central.

 

L’équipement

L’avènement de l’optogénétique a été sans doute la plus grande révolution en neurosciences au cours de la dernière décennie. Grâce à cette approche, les scientifiques ont la capacité de tester directement l’effet de l’activation et de l’extinction des circuits neuronaux. Il est ainsi possible d’observer à la fois l’activité des populations neuronales et le comportement de modèles animaux en réponse à ces modulations induites. Cette approche sans précédent repose sur le développement d’outils génétiques capables de contrôler l’activité neuronale. L’optogénétique a révolutionné les outils auxquels les neuroscientifiques ont accès pour étudier la fonction des circuits neuronaux chez des modèles animaux.

Le financement attribué grâce à l’opération Rotary-Espoir en Tête a permis au laboratoire de Filippo Del Benne d’acquérir un équipement de microscopie de type MOM (Movable Objective Microscope) équipé d’un laser à 2 photons. Cette configuration est optimisée pour un traitement relativement rapide nécessaire pour les expérimentations effectuées et une stimulation de la lumière pour de l’optogénétique. Les équipes incluses dans cette proposition sont situées à proximité et partagent un intérêt commun dans la compréhension des circuits neuronaux. L’installation de ce matériel de microscopie représente une pièce essentielle pour développer l’approche optogénétique au sein des équipes de neurosciences en France. L’optogénétique est utile pour les neurosciences fondamentales mais aussi pour la recherche clinique.

L’installation de ce type de microscopie est un système idéal pour effectuer un certain nombre d’expérimentations de pointe. La conception presque « sur mesure » de l’appareil MOM permet de s’adapter aux besoins particuliers des chercheurs en laissant l’espace nécessaire autour de l’échantillon pour ajouter d’autres instruments nécessaires pour les expériences. Toutes les applications particulières sont compatibles avec une configuration de MOM unique puisque les différents périphériques impliqués peuvent être facilement montés et enlevés.

Pour toutes les équipes, la possibilité de coupler le MOM avec des dispositifs d’enregistrement électrophysiologique déjà disponibles à l’Institut Curie permet de confirmer et compléter les données acquises avec l’enregistrement optique et la stimulation.

 

Résultats

Parmi les différents projets, le matériel a principalement été utilisé pour étudier le fonctionnement des circuits neuronaux chez les larves de poisson-zèbre. Les chercheurs ont analysé la réponse des neurones à différents types de stimulations visuelles : des stimuli imitant un prédateur qui s’approche, et induisant donc un mouvement de fuite, ou des stimuli ressemblant à une proie potentielle, et induisant ainsi un comportement de chasse. Les réponses de certaines populations de neurones sont enregistrées et leur analyse vise à identifier les circuits neuronaux impliqués dans la réponse de fuite et les comportements de capture de proies.

Les comportements de fuite permettent aux organismes d’échapper à une catastrophe imminente. Le travail des chercheurs a consisté à caractériser les réactions comportementales de larves de poisson face à des stimuli visuels imitant des prédateurs. Il a ainsi été mis en évidence que le système visuel à lui seul peut recruter des réponses motrices, similaires à celles provoquées par des mécanismes mécano-sensoriels. L’analyse de l’activité neuronale a permis d’identifier une région précise correspondant au centre de traitements des stimuli imminents. En outre, les chercheurs ont décrit l’activité de deux composants en réponse à une menace (les terminaisons cellulaires des ganglions de la rétine et des interneurones à action inhibitrice). Ils ont ensuite proposé un modèle dans le but d’expliquer l’implication de ces deux constituants fondamentaux.

La partie du projet concernant les comportements de fuite et l’analyse des circuits neuronaux impliqués a été finalisée. Les chercheurs se concentrent maintenant sur l’analyse du comportement de capture de proies et un manuscrit sur ce sujet est en préparation à le moment.

 

Les équipes utilisatrices

Plusieurs équipes utilisent ou ont pu utiliser cet équipement pour mener à bien leur projet. Parmi celles-ci se trouvent des équipes extérieures dont celles de :

• Marika Kapsimali à l’IBENS étudiant le développement embryonnaire.
• Claire Wyart à l’ICM dont l’axe de recherche est l’analyse des circuits de la moelle épinière lors de mouvements.
• Floran ENGERT à l’Université Harvard (grâce à une visite collaborative, un doctorant de ce laboratoire a utilisé l’équipement) étudiant les circuits neuronaux et leurs liens avec les comportements.

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© Inserm/Latron, Patrice