Role de l’inhibition glomérulaire dans le traitement des odeurs – Glom Inhib

Des souris transgéniques sont utilisées pour identifier et manipuler des populations spécifiques d’interneurones périglomérulaires. Ces souris permettent l’expression de molécules fluorescentes et/ou photo-activables dans des populations spécifiques de neurones périglomérulaires. Les propriétés fonctionnelles des cellules périglomérulaires ainsi marquées, leurs connections synaptiques et l’influence qu’elles exercent sur les cellules principales du bulbe olfactif sont examinées par des enregistrements électrophysiologiques en patch-clamp couplés aux techniques d’optogénétique sur des tranches aigues de bulbe olfactif.

Une première phase du projet a été achevée dans lequel nous décrivons les circuits d'inhibition intraglomérulaires mis en jeu juste après la stimulation des neurones sensoriels. Nous avons identifié et caractérisé une population de cellules PG qui joue un rôle prépondérant dans cette inhibition intraglomérulaire. Ces cellules forment des circuits d’inhibition latérale entre neurones principaux. Nous montrons que ces cellules sont activées à chaque cycle respiratoire in vivo, produisant une inhibition en compétition avec l’excitation générée par le réseau glomérulaire. Enfin, en collaboration avec Arvind Kumar du centre Bernstein de neuroscience computationnelle de Fribourg (Allemagne), nous démontrons que cette inhibition intraglomérulaire a une influence majeure sur les patrons de décharge des neurones principaux en réduisant la fréquence de sortie et la précision temporelle de leurs potentiels d’action.
Deux autres projets sont en phase d’achèvement. Nous avons décrit pour la première fois les propriétés de la plus importante population de cellulesPG. Curieusement, ces cellules semblent conserver des propriétés de neurones immatures. Contrairement aux autres cellules PG, elles sont peu connectées au réseau local et leur activité électrique est faible ou nulle. Leur fonction est dès lors très incertaine. Ces travaux nous ont amené à proposer l’hypothèse que ces neurones constituent un pool de « réserve » qui pourrait être recruté dans le réseau en cas de nécessité.
Enfin, nous avons décrit les circuits qui inhibent les cellules PG. Nous montrons que les cellules PG ne sont pas connectées entre elles. Par contre elles reçoivent des entrées inhibitrices en provenance de neurones localisés vraisemblablement en dehors du bulbe olfactif. Nous résultats indiquent que la plupart des interneurones du bulbe olfactif sont également modulés par ces afférences inhibitrices qui pourraient avoir pour origine la branche horizontale de la bande diagonale de Broca.

Nos recherches sont d’ordre purement fondamental et n’ont pas d’application ou d’impact sociétal directs. Par contre nos résultats nous ont amené à nous intéresser à la neurogénèse qui se poursuit tout au long de la vie dans le bulbe olfactif. Les cellules périglomérulaires exprimant la calrétinine sont en effet les plus nombreuses à être synthétisées après la naissance. Or, nos résultats indiquent qu’elles ne s’intègrent pas dans le réseau existant. Nous nous sommes donc associés à une équipe spécialisée dans l’étude des mécanismes génétiques et moléculaires qui régissent la production et la différenciation des neurones bulbaires générés à partir des cellules souches pour comprendre la plasticité, le rôle et les mécanismes qui contrôlent l’intégration de cette population de neurones périglomérulaires.

Un papier a été publié en 2015 (Najac, Sanz-Diez, Kumar, Benito, Charpak and De Saint Jan, Journal of Neuroscience) dans lequel nous décrivons les circuits et les neurones périglomérulaires qui génèrent l’inhibition intraglomérulaire consécutives à l’activation des neurones sensoriels.
2 autres papiers sont en préparation.

Les circuits synaptiques du bulbe olfactif transforment l’information sensorielle olfactive afférente avant qu’elle soit transmise au cortex par le biais des axones des cellules mitrales et touffues. Je propose d’analyser au niveau du réseau, au niveau cellulaire et au niveau synaptique l’influence des circuits inhibiteurs du bulbe dans le traitement de l’information olfactive. Deux grandes populations d’interneurones se chargent de l’inhibition dans le bulbe olfactif. Les cellules périglomérulaires (PG) tout d’abord, une population de neurone hétérogène qui entoure chaque glomérule olfactif et génère l’inhibition intraglomérulaire. Les cellules granulaires ensuite qui transmettent l’inhibition latérales entre cellules mitrales ou touffues. Si les cellules granulaires ont été bien étudiées, ce n’est pas le cas des cellules périglomérulaires dont l’hétérogénéité a jusqu’alors souvent été négligée. Mon objectif est de clarifier le rôle de l’inhibition intraglomérulaire dans le traitement des odeurs. Une stimulation des neurones olfactifs produit chez les cellules mitrales et touffues des entrées synaptiques excitatrices et inhibitrices. Nos données préliminaires suggèrent que des circuits intraglomérulaires sont à l’origine de l’inhibition. Je vais examiner plusieurs questions au sujet de cette forme d’inhibition intraglomérulaire. Premièrement, quelle est son influence sur les voies de sortie des glomérules? Nous testerons l’hypothèse que cette inhibition désynchronise les potentiels d’action des cellules mitrales et touffues connectées à un même glomérule, une fonction cruciale selon certains modèles pour le décodage des odeurs par les neurones du cortex. Deuxièmement, je souhaite identifier le ou les types de cellules PG qui génèrent cette inhibition intraglomérulaire. Je vais donc décrire les propriétés membranaires et les connections synaptiques de deux populations spécifiques de cellules PG identifiables par leur fluorescence dans des lignées de souris transgéniques. Enfin, ayant identifié les cellules PG postsynaptiques d’interneurones innervant plusieurs glomérules, je vais pouvoir examiner comment cette inhibition multi-glomérulaire influence les sorties bulbaires. Pour remplir ces objectifs je vais associer des enregistrements en patch-clamp dans des tranches de bulbe olfactif et des enregistrements ciblés en patch-clamp chez l’animal anesthésié in vivo. Mon ambition avec cette bourse ANR jeune chercheur est de développer une équipe indépendante qui utilisera les techniques d’imagerie et d’électrophysiologie dernier cri pour examiner des questions clés de la physiologie du bulbe olfactif.