Hétérogénéité des cellules en grains et organisation fonctionnelle des microcircuits cérébelleux – GraCeFORCe

Le cervelet joue un rôle majeur dans l'adaptation sensorielle motrice et les tâches non motrices. Initialement, le cortex cérébelleux était considéré comme une structure homogène. Cependant, il est maintenant évident que le cortex cérébelleux est organisé en modules que l'on retrouve aux niveaux fonctionnels et moléculaires et qui conduisent à une grande diversité de traitement de l'information.
Une grande hétérogénéité dans les populations neuronales formant ce réseau commence à être décryptée. Mais, alors que l'hétérogénéité neurochimique et fonctionnelle des cellules de Purkinje (CP) a été bien décrite, la diversité des autres populations neuronales du cortex cérébelleux est très peu étudiée. Certains marqueurs sont exprimés de manière hétérogène dans les cellules granulaires (GC), en particulier le long de l'axe antéro-postérieur, et l'analyse transcriptomique de cellules uniques a permis de définir au moins cinq types de GC. Le but de ce projet est donc de déterminer si l'hétérogénéité moléculaire des GCs sous-tend une hétérogénéité fonctionnelle et computationnelle dans le cortex cérébelleux.
Dans la tâche 1, nous évaluerons l'organisation spatiale et fonctionnelle de deux lignages différents de GC organisées en deux gradients antéro-postérieurs différents. Grâce à deux lignées de souris génétiquement modifiées, nous décrirons les relations de ces deux lignages avec des modules cérébelleux spécifiques, en combinant des techniques anatomiques, électrophysiologiques, optogénétiques et d'imagerie. Nous déterminerons ensuite le surfaceome spécifique des GC antérieurs et postérieurs à l'aide de techniques protéomiques et identifierons les marqueurs pertinents pour leur connectivité spécifique et leurs propriétés fonctionnelles. L'analyse fonctionnelle de certains de ces marqueurs sera réalisée à l'aide de la technologie Crispr/Cas9 afin d'évaluer la pertinence de l'hétérogénéité moléculaire des GC pour leur diversité fonctionnelle.
Dans la tâche 2, nous testerons comment le lignage génétique et la date de naissance des GCs, interagissent et influencent l'hétérogénéité moléculaire locale et les propriétés synaptiques fonctionnelles. Pour cela, nous combinerons nos deux lignées de souris génétiquement modifiées avec l'électroporation de constructions cre-dépendantes à différents moments postnataux. Nous décrirons comment ces deux paramètres interagissent pour influencer l'intégration des réseaux de GC et la diversité de leurs propriétés synaptiques.
Dans la tâche 3, nous aborderons l'influence des fibres moussues afférentes sur la diversité des GC, d'une manière similaire à l'influence des afférences PC sur la diversité des PC. Nous étudierons comment des fibres moussues spécifiques ciblent des sous-groupes de GC, définis par leur lignage et les marqueurs qui seront identifiés dans nos données. Nous invaliderons également certains marqueurs ayant un rôle potentiel dans la régulation de la connectivité pour tester si le schéma de connectivité des MF est modifié. Enfin, nous testerons si la suppression (à l'aide de l'expression des récepteurs de la toxine Diphtérique) ou l'activation (à l'aide d'outils chemogénétiques) des fibres moussues au cours du développement modifie la diversité des GCs au niveau moléculaire et fonctionnel. Dans la tâche 4, nous évaluerons comment ces résultats influencent nos modèles existants.
Dans l'ensemble, notre projet combinera l'expertise complémentaire de deux groupes internationalement reconnus pour leurs travaux sur l'organisation synaptique et fonctionnelle du cortex cérébelleux afin d'aborder des questions clés sur la diversité de l'organisation synaptique et du calcul cérébelleux. Les résultats auront un impact sur notre compréhension du développement et de la fonction du cerveau. Nos résultats seront également intéressants pour le traitement des maladies du cerveau puisque le cervelet est également impliqué dans plusieurs types de troubles cérébraux tels que les troubles du spectre auti