Lumière sur les événements de signalisation intracellulaire façonnant les réseaux fonctionnels de la représentation spatiale – Learn

L’apprentissage résulte de modifications fonctionnelles durables de réseaux de neurones rendues possibles par plasticité synaptique. Les voies de signalisation intracellulaires qui sous-tendent cette plasticité dépendent vraisemblablement des schémas d'activité très variables mais coordonnés des neurones composant les circuits cérébraux. Par exemple, lors de l'activation des récepteurs du glutamate, des acteurs intracellulaires tels que les seconds messagers Ca2+ et AMPc régulent les kinases PKA, ERK et mTOR, qui modifient en retour la signalisation du glutamate via l’échaffaudage synaptique et les récepteurs AMPA. Une compréhension fine de la dynamique des voies de signalisations recrutées lors d’un apprentissage passe alors par leur description spatiale et temporelle précise, notamment au cours du comportement de l’animal. À ce jour, une telle description dans le cerveau intact manque encore. Grâce à une approche multidisciplinaire intégrant des modèles in vitro, in silico et in vivo, nous déchiffrerons les événements cellulaires qui poussent les neurones à faire partie d'une représentation mnésique dans l'hippocampe, processus clé pour s'adapter à notre environnement.
L’approche expérimentale que nous proposons permet de corréler et étudier les liens de causalité entre l'activité neuronale et la signalisation intracellulaire in vivo et de les relier au comportement de l'animal. Avec l’hippocampe de souris comme modèle de plasticité, nous explorerons la signalisation intracellulaire in vitro et in silico depuis l’activation des récepteurs au glutamate, en étudiant Ca2+ et AMPc, PKA, ERK et mTOR, la protéine d’échafaudage Homer1a, jusqu’à l’insertion de novo d’AMPA-R. Nous enregistrerons par microscopie optique in vitro plusieurs voies de signalisation simultanément avec une haute résolution spatio-temporelle. La modélisation in silico fournira des prédictions à tester in vitro et in vivo. Ces conditions bien contrôlées permettront d’améliorer le suivi et la compréhension des séquences d’évènements de signalisation au cours de la plasticité, et s’accompagneront du développement d’ un microscope permettant de suivre simultanément plusieurs voies de signalisations, à l’échelle de cellules uniques, chez des souris libres de leurs mouvements (WP1). Les voies Ca2+ et ERK seront ensuite explorées in vivo, dans les cellules pyramidales de l’aire CA1 de l’hippocampe dorsal au cours de la navigation spatiale grâce au nouveau fibroscope (WP2). Des enregistrements comportementaux et électrophysiologiques simultanés relieront ces aspects de la plasticité neuronale en temps réel. La dynamique de la signalisation sera suivie sur plusieurs jours tout au long de la formation, de la consolidation, du rappel et de la plasticité de cet apprentissage. Les mécanismes moléculaires et les moments clés pour ces changements cellulaires seront ensuite identifiés par pharmacologie et optogénétique en cellule unique.
Ce projet est basé sur la poursuite d’une collaboration entre laboratoires experts dans les mécanismes moléculaires de la plasticité synaptique (J. Perroy), la dynamique de signalisations intracellulaires (P. Vincent), et le développement de techniques de microscopie (C. Ventalon).
Ces travaux mèneront à un modèle intégré de la dynamique de signalisation sous-tendant la plasticité neuronale liée à l’apprentissage.