Comprendre le rôle de populations de neurones corticaux distinctes dans la dépression – DEPth

Pour caractériser les changements électrophysiologiques dans les neurones GLU et GABA, nous utiliserons une micro-optrode permettant de réaliser, in vivo, des enregistrements extracellulaires unitaires à partir des neurones optiquement identifiés en fonction de leur réponse à un stimulus optogénétique (ChR2).
Pour purifier ces deux populations de neurones puis identifier les altérations transcriptomiques spécifiques à chacune d’elle, nous aurons recours à la méthode TRAP. Une fois les neurones isolés, nous effectuerons un séquençage d’ARN en comparant les deux populations cellulaires ainsi que les deux groupes (animaux dépressifs et témoins). Les résultats du séquençage des ARN codant (pour des protéines) et non codant seront analysés et comparés à nos précédentes données générées à partir de tissus entiers du CCA. Les résultats obtenus chez la souris seront également comparés au séquençage d’ARN réalisé sur des échantillons humains du CCA. Ces tissus provenant de patients déprimés et sains (d’un point de vue psychiatrique) ainsi que les analyses du séquençage des cellules GLU après la microdissection par capture laser (LCM), ont été fournis par la Banque canadienne du cerveau Douglas Bell Canada (co-dirigée par le Pr Turecki).
A partir des analyses électrophysiologiques et de la comparaison des données génomiques entre le rongeur et l’homme, nous étudierons ensuite l’impact des altérations génétiques identifiées sur les comportements dépressifs et sur les propriétés électrophysiologiques des neurones du CCA. Nous sélectionnerons et manipulerons l’expression de 2 gènes démontrés comme dérégulés dans les deux espèces. Cette étape sera basée sur plusieurs approches telles que l’optogénétique ou l’induction et/ou la répression de l’expression génique à l’aide de vecteurs viraux et de souris KO (knock-out) conditionnelles.

Afin d’étudier les neurones GLU et GABA du CCA dans le contexte de la dépression induite par la douleur, nous avons étudié l’impact de leur activité sur le comportement des animaux. Pour cela, nous avons eu recours à une approche optogénétique, associant l’optique à la génétique et permettant d’activer ou d’inhiber différentes populations neuronales. Nos résultats ont montré que l’activation des neurones GLU entraine l’apparition de comportements de type dépressif chez les animaux naïfs alors que leur inhibition empêche le développement de ces comportements. Nous avons également montré que l’activation des neurones GABA dans le CCA à un effet de type antidépresseur chez les souris naïves et permet une diminution des comportements de type dépressif chez les souris souffrant de douleur chronique.
En parallèle, nous avons étudié les altérations moléculaires mises en place dans ces deux populations dans le contexte de la dépression induite par la douleur chronique. Nous avons tout d’abord montré que la technique « TRAP » pouvait être utilisée pour isoler les neurones GABA du CCA chez les souris présentant des comportements de type dépressif induits par la douleur chronique. L’ARN purifié de ces cellules a été séquencé et l’analyse des altérations observées nous a permis d’isoler des gènes candidats sur lesquels nous travaillons actuellement. La même stratégie est en cours d’exécution concernant les neurones GLU.
Les expériences visant à la caractérisation des propriétés électrophysiologiques des neurones GLU et GABA par utilisation de micro-optrode sont également en cours. Enfin, en collaboration avec le Dr Sylvain Hugel, nous avons, par la méthode de « patch-clamp » ex vivo, enregistré l’activité de neurones GLU après activation des neurones GABA chez les animaux naïfs ainsi que chez des animaux présentant des comportements de type dépressif induits par douleur chronique. Nos résultats préliminaires ont montré une altération de l’inhibition chez les animaux dépressifs.

Les résultats que nous avons généré apportent des informations nouvelles sur la physiologie des neurones excitateurs et inhibiteurs du CCA et constituent la première cartographie corticale génomique spécifique à certaines populations neuronales dans le contexte de la dépression.
Après l’achèvement de la cartographie génomique dans les neurones GLU et GABA dans notre modèle, nos résultats seront comparés au séquençage d’ARN d’échantillons post-mortem de patients déprimés et d’individus sains (d’un point de vue psychiatrique). Cette comparaison nous permettra de sélectionner des gènes dérégulés dans les deux espèces que nous pourrons par la suite manipuler en combinant plusieurs approches telles que l’optogénétique afin d’étudier le lien causatif entre la dépression et les gènes identifiés.

Nous prévoyons commencer à écrire le premier document à la fin de 2020.

La dépression est la maladie mentale la plus fréquente et l’un des principaux défis sociétaux et de santé publique (WHO, 2008). Le but de ce projet de recherche translationnelle est d’étudier les altérations électrophysiologiques et moléculaires des neurones glutamatergiques (GLU) et GABAergiques (GABA) du cortex cingulaire antérieur (CCA) dans la dépression.
La dépression est une pathologie liée à des changements structuraux et fonctionnels de circuits neuronaux. Le CCA joue un rôle critique dans ces changements, comme illustré par les altérations morphologiques et fonctionnelles qui l’affectent chez les patients dépressifs. En outre, nous avons récemment montré que l'activation optogénétique de cette structure suffit pour provoquer des comportements de type anxiodépressifs chez les souris naïves, tandis que sa lésion (Biol Psychiatry 2015) ou son inactivation optogénétique (J Neurosci 2018) prévient l’émergence de tels comportements. Nos données récentes ont aussi mis en lumière des altérations moléculaires (Biol Psychiatry 2017) et électrophysiologiques (J Neuroci 2018) du CCA associées aux comportements dépressifs. Le CCA serait ainsi essentiel dans la régulation de l'humeur, et constituerait un substrat de choix pour en étudier les mécanismes. Toutefois, l’hétérogénéité de cette région corticale constitue une difficulté pouvant masquer des modifications importantes. La caractérisation physiologique et moléculaire des différentes populations de neurones est certes difficile, mais elle devrait permettre de révéler de nouveaux mécanismes et cibles thérapeutiques qui restent indétectables à l’échelle du tissu entier. Pour relever ce défi, ce projet étudiera les mécanismes cellule-spécifique de la dépression i) en se concentrant sur deux populations majeures de neurones, GLU et GABA, ii) en combinant des modèles de dépression chez la souris, basés sur le stress chronique ou sur la douleur chronique, iii) en étudiant des tissus cérébraux humains post-mortem provenant d’une cohorte de sujets décédés par suicide lors d’un épisode dépressif majeur.
Le projet "DEPth" sera développé autour de 3 objectifs en 4 ans :
Le premier objectif de DEPth est de déterminer les altérations électrophysiologiques des neurones GLU et GABA du CCA à l'aide d'enregistrements électrophysiologiques in vivo.
Le deuxième objectif est de caractériser les altérations d'expression génique se produisant dans les neurones GLU et GABA du CCA chez les souris et dans les tissus humains post-mortem. Ceci sera réalisé par analyse à haut débit du séquençage dans les populations de cellules neuronales GLU et GABA, triées par leur fluorescence, chez des souris transgéniques présentant un comportement de type dépressif, et dans les neurones microdisséqués par capture laser, sur tissus humains post-mortem. Les données des deux modèles animaux et des deux espèces seront comparées par analyse bioinformatique afin d’identifier des gènes clés.
Troisièmement, nous visons à évaluer les conséquences comportementales et électrophysiologiques d’une manipulation fonctionnelle de ces gènes soigneusement sélectionnés.
DEPth est porté par une jeune chercheuse qui développe son activité de manière autonome comme souhaité dans l'appel « JCJC ». Scientifiquement, le projet apportera des informations nouvelles sur la physiologie des neurones excitateurs et inhibiteurs du CCA, et constituera surtout la première cartographie corticale génomique, des rôles spécifiques de populations neuronales distinctes dans la dépression. Les expertises de la coordinatrice du projet et des membres de l'équipe, la solidité des résultats préliminaires et l’approche scientifique intégrée garantissent la faisabilité immédiate et la réussite de ce projet, qui devrait apporter des données innovantes dans le domaine de la dépression.