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Equipe « Dissection optogénétique des circuits spinaux sous-tendant la locomotion »

Presentation

L’équipe de Claire Wyart cherche à comprendre comment les circuits spécifiques de la moelle épinière sont recrutés pour mettre en place une série d’actes locomoteurs complexes. La locomotion dépend de l’activité des circuits spinaux appelés Centre Générateur de Rythme (CGR) qui a été caractérisé par Sten Grilllner entre autres. Des données physiologiques, pharmacologiques et anatomiques, ont été utilisées pour construire des systèmes de connectivité pour des groupes de stimulation et d’inhibition d’interneurones, et de prédire comment ils génèrent des oscillations in vitro. Cependant une telle approche ne dévoile pas si les décharges d’un sous-groupe donné de neurones sont nécessaires et suffisantes pour générer un mouvement. L’équipe étudie la fonction des cellules spinales spécifiques par la manipulation à distance et l’enregistrement simultanés de l’activité neuronale pendant la surveillance du comportement chez un petit animal transparent, la larve du poisson zèbre. Claire Wyart a développé des méthodes sophistiquées pour contrôler optiquement l’activité des neurones in vivo. Ces méthodes s’appellent l’optogénétique.

 

Ces méthodes, que l’on appelle l’optogénétique, englobent l’utilisation des longueurs d’onde spécifiques de lumière sur des protéines conçues pour surveiller à distance (avec des capteurs fluorescents) et manipuler l’activité neuronale (avec des activateurs déclenchés par la lumière). L’association de génétique et d’optique permet le contrôle à distance de populations données de neurones chez l’animal.

Claire Wyart a récemment découvert qu’outre des neurones contactant le liquide céphalorachidien (CSFns), de mystérieux neurones sensoriels se trouvaient au centre de la moelle épinière. L’équipe a montré que leur activation modifiait le débit, favorisant une nage lente rappelant le comportement spontané de l’animal. Cette découverte ouvre un nouveau champ d’investigation sur la mécanoception car l’équipe de Claire Wyart a récemment observé que ces cellules expriment des canaux mécanosensibles.

La locomotion dépend de l’activité des circuits spinaux appelés Centre Générateur de Rythme (CGR) qui a été caractérisé par Sten Grilllner entre autres. Des données physiologiques, pharmacologiques et anatomiques, ont été utilisées pour construire des systèmes de connectivité pour des groupes de stimulation et d’inhibition d’interneurones, et de prédire comment ils génèrent des oscillations in vitro. Cependant une telle approche ne dévoile pas si les décharges d’un sous-groupe donné de neurones sont nécessaires et suffisantes pour générer un mouvement.

Pour améliorer sa compréhension, une nouvelle approche permettant d’activer et de désactiver des sous-groupes de neurones à un moment donné s’est révélée nécessaire chez l’animal éveillé. Cette approche a permis de tester dynamiquement le rôle génétique d’un type de neurone identifié dans l’initiation et la modulation du comportement locomotif d’un animal éveillé. L’équipe a pour but d’élucider comment la sensibilité aux mouvements contribue à la locomotion. Elle a récemment découvert qu’outre des neurones contactant le liquide céphalorachidien (CSFns), de mystérieux neurones sensoriels se trouvaient au centre de la moelle épinière. Au moment de l’activation des cellules, la locomotion était modulée dans la larve. Cette observation ouvre un nouveau champ d’investigation sur l’interface sensorielle entre la moelle épinière et le liquide cérébrospinal.

De plus, l’équipe collabore avec d’autres groupes de neurobiologistes qui travaillent sur le circuit dynamique basé sur des outils optiques, avec des chimistes pour élargir l’utilisation de l’optogénétique chimique. Ces collaborateurs sont : Patrick Delmas à Marseille (France), Loren Looger à Janelia Farm Research Campus (États-Unis), Peter Hegemann à Berlin (Allemagne), Ehud Isacoff à UC Berkeley (États-Unis), Koichi Kawakami à NIG (Japon), Kate Lewis à Syracuse Univ. (États-Unis), David Lyons à Edinburgh University (Royaume-Uni) et Filippo Del Bene de l’Institut Curie à Paris (France).

 

Principales publications

  • Sternberg JR*, Severi KE*, Fidelin K, Gomez J, Ihara H, Alcheikh Y, Hubbard JM, Kawakami K, Suster M, Wyart C. Optimization of a Neurotoxin to Investigate the Contribution of Excitatory Interneurons to Speed Modulation In Vivo. Curr Biol. 2016 Aug 10. pii: S0960-9822(16)30676-5. doi: 10.1016/j.cub.2016.06.037. [Epub ahead of print].
  • Böhm UL*, Prendergast A*, Djenoune L, Nunes Figueiredo S, Gomez J, Stokes C, Kaiser S, Suster M, Kawakami K, Charpentier M, Concordet JP, Rio JP, Del Bene F, Wyart C. CSF-contacting neurons regulate locomotion by relaying mechanical stimuli to spinal circuits. Nat Commun. 2016 Mar 7;7:10866. doi: 10.1038/ncomms10866.
  • Fidelin K, Djenoune L, Stokes C, Prendergast A, Gomez J, Baradel A, Del Bene F, Wyart C. State-Dependent Modulation of Locomotion by GABAergic Spinal Sensory Neurons. Curr Biol. 2015 Dec 7;25(23):3035-47. doi: 10.1016/j.cub.2015.09.070. Epub 2015 Nov 19.
  • Djenoune L, Khabou H, Joubert F, Quan FB, Nunes Figueiredo S, Bodineau L, Del Bene F, Burcklé C, Tostivint H, Wyart C. Investigation of spinal cerebrospinal fluid-contacting neurons expressing PKD2L1. Front Neuroanat. 2014 May 6;8:26. doi: 10.3389/fnana.2014.00026. eCollection 2014.
  • Mirat O, Sternberg JR, Severi KE, Wyart C. ZebraZoom: an automated program for high-throughput behavioral analysis and categorization. Front Neural Circuits. 2013 Jun 12;7:107. doi: 10.3389/fncir.2013.00107. eCollection 2013.
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