Régulation de la connectivité neuronale par les seconds messagers: décryptage des codes – MessengerCodes

Nous utilisons des combinaisons d'outils moléculaires et de techniques d'imagerie (FRET, optogénétique) pour suivre les variations et manipuler la concentration de messagers cellulaires dans des neurones vivants avec une résolution cellulaire et/ou subcellulaire. Ces techniques sont compatibles avec des expérimentations in vitro et in vivo, rendant ainsi possible l'étude du comportement des axones dans des conditions simplifiées mais aussi dans un environnement physiologique complexe.

En utilisant une technique moléculaire innovante développée pour ce projet, nous avons montré que les cellules ganglionnaires de la rétine coopèrent avec leurs voisines pour la mise en place d'une connectivité précise entre la rétine et le cerveau.
Afin d'identifier les caractéristiques des signaux GMPc et calciques participant au développement de la connectivité des axones rétiniens, nous avons développé un ensemble d'outils moléculaires permettant de suivre et de manipuler ces seconds messagers in vivo avec une résolution subcellulaire.
Nous avons identifié des sites de phosphorylation de protéines régulant l'adhésion cellulaire et modulés par les signaux AMPc locaux critiques pour le développement de la connectivité des axones de la rétine dans le cerveau.

De manière globale, notre projet fournira une meilleure compréhension des mécanismes dépendant des seconds messagers pendant le développement de la connectivité neuronale. Comme les altérations des signaux de seconds messagers pendant le développement perturbent la perception sensorielle chez les rongeurs comme chez l’homme, notre projet pourrait révéler des mécanismes développementaux perturbés dans certaines pathologies neuro-ophtalmologiques incluant l’amblyopie. Il pourra contribuer à une meilleures compréhension des mécanismes cellulaires affectés dans certaines pathologies neuro-développementales.

A ce stade précoce du projet, les productions scientifiques et brevets sont encore en préparation.

Le système nerveux adulte est un réseau complexe de neurones dont la connectivité est étroitement régulée et dont la précision est cruciale pour son bon fonctionnement. Cette connectivité ne peut se remodeler que de manière limitée dans le système nerveux central (SNC) adulte. En conséquence, des connections imprécises pendant le développement peuvent aboutir à des maladies au long cours qui affectent le fonctionnement du SNC. Les seconds messagers cellulaires et en particulier les nucléotides cycliques (AMPc et GMPc) et le calcium jouent un rôle critique pour le développement des réseaux neuronaux. Ils intègrent les signaux extracellulaires guidant les axones vers et au sein de leurs cibles, et régulent la manière dont les axones se partagent l’espace dans leurs cibles. Ils participent aussi à de nombreux processus cellulaires qui ne sont pas liés au développement des réseaux neuronaux. Malgré leur identification ancienne, notre compréhension de la façon dont ils régulent de manière spécifique de nombreux effecteurs est encore très parcellaire. Notre projet a pour but d’identifier les codes de seconds messagers participant à la régulation de la connectivité neuronale, en nous concentrant sur la localisation subcellulaire, la cinétique et les interactions des signaux de seconds messagers.
Le système visuel sera utilisé comme modèle de développement de la connectivité neuronale. Les projections de la rétine sont finement organisées en trois cartes dans le corps genouillé latéral dorsal (CGLd) et le colliculus supérieur (CS). Chez la plupart des mammifères, les projections des chaque œil ciblent les deux hémisphères du cerveau, permettant la vision binoculaire. La première carte organise les projections ipsi- et controlatérales en territoires ségrégés dans le CS et le CGLd, et requiert un mécanisme compétitif entre axones qui est mal compris. Des sous-types de cellules ganglionnaires de la rétine (CGR) détectent des caractéristiques différentes des stimuli lumineux (mouvement, contraste, …). Les sous-types de CGR connectent des couches distinctes dans le CS et le CGLd, constituant la seconde carte dont le développement est mal compris. La troisième carte est topographique (deux CGR voisines dans la rétine contactent des zones voisines dans les cibles) et est cruciale pour un transfert efficace des informations spatiales au cerveau. Le développement de chacune de ces trois cartes requiert les nucléotides cycliques et le calcium, ce qui en fait un système de choix pour identifier les codes de seconds messagers requis pour le développement de la connectivité neuronale. En utilisant ces seconds messagers comme outils, nous étudierons aussi les processus développementaux qui conduisent à la formation des cartes rétiniennes (Compétition entre populations axonales pour la carte binoculaire. Identification des mécanismes moléculaires requis pour la lamination des axones de diffèrent sous types de CGR).

Nous nous intéresserons aux questions suivantes, chacune centrée sur une des cartes rétiniennes:
1. Coopération AMPc-dépendante entre populations axonales (carte binoculaire)
2. Guidage axonal et codes de signaux de GMPc/Calcium pour la lamination des axones de CGR physiologiquement distinctes.
3. Carte topographique et signalisation en aval de signaux d’AMPc restreints à des microdomaines cellulaires.

De manière globale, notre projet fournira une meilleure compréhension des mécanismes dépendant des seconds messagers pendant le développement de la connectivité neuronale. Comme les altérations des signaux de seconds messagers pendant le développement perturbent la perception sensorielle chez les rongeurs comme chez l’homme, notre projet pourrait révéler des mécanismes développementaux perturbés dans certaines pathologies neuro-ophtalmologiques incluant l’amblyopie. Il pourra contribuer à une meilleures compréhension des mécanismes cellulaires affectés dans certaines pathologies neuro-développementales.