Développement d'un modèle mathématique de la transduction de signal et de l'adaptation dans les cônes chez les mammifères – ConeModel

Développement d'un modèle mathématique de la transduction de signal et de l'adaptation dans les cônes chez les mammifères

Les yeux de la plupart des vertébrés possèdent deux types de photorécepteurs : les bâtonnets pour la vision nocturne et les cônes pour la lumière diurne et les couleurs. Contrairement aux bâtonnets, très sensibles à la lumière, les cônes eux sont plus sensibles aux changements et aux mouvements. Alors que les bâtonnets ont une capacité d'adaptation limitée et saturent à la lumière du jour, les cônes eux restent fonctionnels même en présence d’une luminosité forte. Pour cette raison, ils sont les principaux acteurs de la vision. Malgré leur importance, nous en savons peu sur les cônes. Entre autres, comment les différences physiologiques entre bâtonnets et cônes résultent des différences entre leurs géométries et les voies de transduction des signaux biochimiques demeure mal compris. Par exemple, quels sont les mécanismes permettant aux cônes de s'adapter à la lumière sans saturer, voir à fonctionner même en présence d’une forte luminosité. Cette question est liée à une autre beaucoup plus générale et fondamentale en transduction sensorielle : comment la géométrie, l'environnement ionique et les propriétés de la voie biochimique de transduction du signal déterminent la réponse neuronale?
Dans le cas des photorécepteurs, peu de progrès ont été réalisés pour répondre à cette question, principalement en raison d’un manque de connaissances précises sur les cônes. L'un des principaux obstacles est la difficulté d'identifier et d'enregistrer les cônes chez la souris. Une avancée technique récente du le laboratoire Fain/Sampath a permis de cibler les cônes de manière fiable et d'effectuer des enregistrements électrophysiologiques sur les cônes de la souris de type naturel et mutants, fournissant ainsi une vaste ensemble de données non publiées. La grande complexité et la synergie des processus subcellulaires qui déterminent la réponse électrique, rendent cependant impossible l’accès à une compréhension quantitative du fonctionnement des cônes au niveau moléculaire par ces seules données. Dans ce projet, nous proposons une approche combinant ces enregistrements électrophysiologiques, la modélisation, l'analyse mathématique et les simulations numériques afin de développer une compréhension complète de la façon dont les cônes détectent la lumière.
Il n'existe pas dans la littérature un modèle des cônes comparable à celui que nous avons publié précédemment sur les bâtonnets. Nous utiliserons notre modèle de bâtonnet comme point de départ afin d’élaborer un cadre mathématique plus détaillé qui nous permettra de décrire à la fois les bâtonnets et les cônes. Ce travail fournira le premier modèle de la réponse du cône. Nous espérons également pouvoir réduire à des paramètres spécifiques la différence entre les deux types de photorécepteurs. A partir de ce travail, nous étudierons comment les différences entre les réponses des bâtonnets et des cônes se manifestent comme l'effet synergique des différences dans la géométrie cellulaire et des voies de transduction biochimique. Cette information nous permettra de comprendre comment les cônes s'adaptent et médient notre sensibilité à la lumière du jour, celle-ci essentiel pour nos activités quotidiennes. Cela nous aidera également à comprendre comment les bâtonnets ont évolué à partir des cônes et pourquoi la rétine possède deux systèmes différents de détection de la lumière.
Nous proposons en outre d'effectuer de simulations pour mieux comprendre la façon dont la transduction sensorielle est altérée dans un état pathologique, ce qui pourrait aider à la conception et au traitement du dysfonctionnement des photorécepteurs. Enfin, un modèle précis des bâtonnets et des cônes pourrait aider à la conception d'un remplacement électronique de la couche photoréceptrice de la rétine, ce qui, mis en œuvre, représenterait le premier composant d'une rétine électronique (artificielle).