Modulation de la dynamique d’acquisition de comportements habituels en manipulant les boucles dopaminergiques striatonigrales – DOPALOOPS

En utilisant nos chambres de conditionnement opérant à haut débit, nous allons d'abord mesurer la dynamique de formation de comportements automatisés dans une tâche de contingence stimulus-réponse chez des souris de type sauvage. Nous utiliserons ensuite des vecteurs viraux ciblés pour moduler optogénétiquement les neurones dopaminergiques projetant de la zone tegmentale ventrale (VTA) vers le striatum dorsal. Les souris évaluées sur le plan comportemental seront ensuite utilisées pour identifier les changements moléculaires associés en analysant des centaines d'échantillons provenant de régions striatales pertinentes à l'aide de préparations de banques d'ARN-seq. Une caractérisation plus poussée sera effectuée à l'aide de profils ARN-seq unicellulaires et de profils ATAC-seq provenant des régions concernées.
Enfin, nous proposons d'étendre ces procédures expérimentales aux souris génétiquement modifiées qui portent des allèles humanisés ou non fonctionnels de Foxp2, un facteur de transcription associé au développement et à l'émergence de la parole. Comme il a été démontré que ces souris « humanisées » pour Foxp2 sont affectées dans l'apprentissage et l'automatisation, notre étude mettra en lumière la fonction des boucles dopaminergiques dans les circuits cortico-striataux ainsi que leur rôle potentiel dans l'évolution et le développement de la parole humaine.

Au cours de la période initiale du projet DOPALOOPS, nous avons réalisé le développement de logiciels et de matériel pour la tâche comportementale (Objectif 1). Les améliorations des configurations déjà existantes incluent une nouvelle génération de portes avec détection automatique ainsi qu'une nouvelle version de la tâche d'extinction. Les données des animaux pilotes ont été acquises et analysées (n = 5). Ces données indiquent que nous avons identifié un paramètre pour mesurer le comportement habituel chez la souris, qui est une diminution de la proportion d'essais lors de surentraînement, au cours desquels le sujet s'abstient de collecter la récompense associée à une réponse correcte. Cela indique qu'un animal avec un surentraînement automatise de plus en plus ses actions de telle sorte que cette action est effectuée même en l'absence de récompense, un comportement qualifié d ‘ « habituel ». Nous avons en outre fais des expériences pilotes pour tester les sites d'injection dans l’aire tegmentale ventro-médiale pour infecter spécifiquement les projections dopaminergiques vers le striatum dorsomédial. Nous avons déterminé les coordonnées d'injection stéréotaxique, établi un protocole de clarification et de coloration des tissus (iDISCO) et le protocole d'imagerie en feuillet de lumière (collaboration avec le Dr Nicolas Renier, ICM).
Pour l'objectif 2, nous avons développé un outil de collection de tissus et l'extraction d'ARN, ce qui donne une excellente qualité d'ARN telle que nécessaire pour les tâches de séquençage d'ARN prévues.
Pour l'objectif 3, nous avons conclu un accord pour la logistique des souris entre le LMU Munich et l'ICM à Paris afin de permettre l'envoi de souris Foxp2 qui sont actuellement testées pour effectuer les tâches de l'objectif 3.

Our perspective follow our original plan according to the positive results we obtained from our pilots experiments, therefore the next main steps are
-Molecular characterization of habit formation in WT and FoxP2 mice.
-Optogenetic manipulation of the VTA-DMS pathway to causally demonstrate the relevance of this circuit in habit formation.
These perspectives include experimental procedure and data collection and analyses which are detailled in our main reporting document.

Nos perspectives suivent notre plan initial, en accords avec les résultats positifs que nous avons obtenus de nos expériences pilotes, donc les prochaines étapes principales sont :
-Caractérisation moléculaire de la formation d'habitudes chez les souris WT et FoxP2.
-Manipulation optogénétique de la voie VTA-DMS pour démontrer causalement la pertinence de ce circuit dans la formation d'habitudes.
Ces perspectives incluent des procédures expérimentales et les collecte et analyses de données qui sont détaillées dans notre document principal du rapport intermédiaire.

N/A

Les circuits des ganglions de la base (GB) sont essentiels pour les processus d’apprentissage et d’automatisation du comportement. Les GB sont topographiquement organisés et interagissent dynamiquement grâce à un élément essentiel, le neurotransmetteur qui est la dopamine. Une idée originale est qu’un comportement donné pourrait être renforcé grâce à la dopamine qui participerait au transfert d’informations entre les territoires ventraux du striatum, sensibles à la récompense, et les territoires dorsaux du striatum, participant au déroulement de l’action. Cette hypothèse s’appuie sur l’anatomie du système dopaminergique dont les projections sur les territoires striataux forment des boucles en spirale ascendantes. Cette hypothèse s’appuie donc sur des données anatomiques, mais n’est pas validée d’un point de vue fonctionnel et moléculaire. Pour valider cette hypothèse d’un point de vue fonctionnelle, nous proposons dans ce projet de combiner des outils incluant l’optogénétique, des paradigmes comportementaux innovants et automatisés, et des analyses de séquences ARN. Nous nous intéresseront dans un premier temps à la dynamique d’implication des systèmes dopaminergiques GB au cours d’un processus d’apprentissage, en utilisant des souris contrôles chez lesquelles nous moduleront, via l’optogénétique, les voies dopaminergiques. Nous proposons de caractériser chez ces mêmes souris les profils d’expressions des ARN au cours des différentes phases de l’apprentissage. Dans un second temps, nous nous intéresseront avec la même approche à des modèles de souris génétiquement modifiées sur le gène FoxP2, un facteur de transcription identifié pour l’acquisition du langage au cours de l’évolution. Ces souris ont de manières surprenantes montrées des modifications dans les GB associées avec des capacités d’automatisation de l’action accélérées. Ces souris mutantes pourraient nous aider à mieux comprendre le rôle que peut jouer la dopamine dans le processus d’automatisation de l’action, mais aussi sur l’évolution et l’émergence du langage.