L'émergence de la neurodégénération dans la maladie d'Alzheimer – EarlyAD

L'objectif principal de cette proposition de recherche est de découvrir les défauts structurels et fonctionnels fondamentaux des neurones qui déclenchent la neurodégénérescence dans la maladie d'Alzheimer (AD). En appliquant les méthodologies d'imagerie les plus sensibles actuellement disponibles pour les études in vivo dans des modèles murins de ß-amyloïdose, telles que l'imagerie à deux photons LOTOS à haute vitesse et STED-SUSHI à super-résolution, nous effectuerons une analyse mécaniste structure-fonction des neurones altérés et de leurs contacts synaptiques au cours des premières étapes de la formation des plaques Aß. L'hypothèse centrale du projet est que les dommages neuronaux initiaux aux synapses glutamatergiques se produisent déjà aux premiers stades de la formation des plaques Aß et impliquent des changements structurels au niveau des épines dendritiques et des processus astrocytaires péri-synaptiques associés. Cette hypothèse est basée sur l'observation d'un dysfonctionnement synaptique précoce à la fois dans les modèles de AD in vivo et in vitro. La relation entre le dysfonctionnement synaptique précoce et les changements morphologiques concomitants est restée obscure en raison des limitations techniques. Dans le projet proposé, nous surmonterons en grande partie ces goulots d'étranglement en capitalisant sur les récents développements techniques dont nos groupes ont été les pionniers, notamment l'imagerie in vivo du glutamate à l'échelle des synapses individuelles et la microscopie STED in vitro des processus astrogliaux. En associant ces avancées, nous étudierons pour la première fois la morphologie des synapses glutamatergiques individuelles dysfonctionnelles évaluées in vivo à une résolution nanométrique. Ainsi, l'un des principaux objectifs de l'étude sera la cartographie précise du déversement pathologique de glutamate au niveau des épines dendritiques individuelles et la détermination de l'impact sur la fonction synaptique, y compris l'élucidation du rôle des astrocytes, une cible critique pour Aß dans le cerveau, pour la dégénérescence des dendrites et des épines dendritiques et leur déficience fonctionnelle.
Les objectifs spécifiques de la recherche proposée sont les suivants :
1. Mise en place, test et validation d'un pipeline d'enregistrement pour l'étude combinée in vivo (two-photon à Munich) et in vitro (STED à Bordeaux) de neurones et d'astrocytes individuels dysfonctionnels dans des modèles de AD.
2. Cartographie in vivo du débordement du glutamate au niveau des épines individuelles dans les neurones dysfonctionnels des modèles murins de AD en utilisant l'imagerie du glutamate à deux photons basée sur LOTOS.
3. Analyse fonction-structure in vitro basée sur l'imagerie STED des épines individuelles, des processus astrocytaires péri-synaptiques associés et de l'espace extracellulaire des neurones dysfonctionnels identifiés dans les modèles de AD in vivo.
4. Évaluation des actions aiguës des dimères Aß synthétiques et dérivés de patients humains sur les processus astrocytaires péri-synaptiques et l'espace extracellulaire au niveau des synapses glutamatergiques individuelles.
L'étude prévue est très innovante car elle utilise une nouvelle combinaison de méthodologies de pointe, à savoir la microscopie à deux photons LOTOS à haute vitesse in vivo et des variantes récentes de la microscopie STED in vitro. Le laboratoire de Munich a été pionnier dans l'imagerie calcique in vivo des épines dendritiques et dans l'imagerie avancée du glutamate in vivo au niveau des épines individuelles. Le laboratoire de Bordeaux a développé des approches de microscopie de fluorescence à super-résolution pour étudier la relation structure-fonction des synapses et des processus gliaux avec l'espace extracellulaire à l'échelle nanométrique dans les tissus cérébraux vivants.