Développement des circuits neuronaux

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Filippo Del Bene Chef d'équipe Tél :

Un objectif majeur de la neuroscience moderne est de comprendre le développement des circuits neuronaux et leur fonctionnement dans le comportement animal.

Figure 1 : Expression spécifique de GFP (une protéine fluorescente verte) dans le tectum optique d’une larve de 7 jours, en position dorsale. Cette lignée est issue d’un « gene-trap ». Les pointillés blancs marquent la frontière entre la région des neuropiles et la couche de cellules où sont localisés les corps cellulaires des neurones périventriculaires du tectum (région verte plus intense).
Figure 1 : Expression spécifique de GFP (une protéine fluorescente verte) dans le tectum optique d’une larve de 7 jours, en position dorsale. Cette lignée est issue d’un « gene-trap ». Les pointillés blancs marquent la frontière entre la région des neuropiles et la couche de cellules où sont localisés les corps cellulaires des neurones périventriculaires du tectum (région verte plus intense).

Notre groupe examine la formation des circuits neuronaux et leur activité dans le système visuel en utilisant de la microscopie in vivo et de nouvelles approches d’ »optogénétiques » pour étudier et perturber l’activité neuronale. Le poisson zèbre est idéal pour cette étude in vivo du système visuel (rétine et tectum optique). Tout d’abord, le cerveau du poisson zèbre est beaucoup plus petit (<1 mm) que ceux des mammifères, tout en étant aussi bien différencié (Fig.1). De plus, les  larves du poisson (cerveau y compris) sont transparentes. Cet atout permet des approches optiques, telles que l’utilisation, pour l’analyse du transport axonal et de la formation des synapses, de rapporteurs fluorescents codés génétiquement.

 

  1. Nous investiguons le trafic axonal in vivo dans les neurones de la rétine et du tectum optique (Fig. 2). Le transport de complexes macromoléculaires et d’organelles le long d’un axone est essentiel à la régulation de plusieurs aspects du fonctionnement neuronal, parmi lesquels la survie neuronale, l’extension de branches axonales et la synaptogenèse. La superfamille de protéines Kinésines (KIFs) et le complexe cytoplasmique Dynéine/Dynactine sont des moteurs associés aux microtubules à l’origine de ce transport axonal. Notre étude utilise des lignées sauvages et mutantes de poissons et emploie la microscopie confocale pour suivre in vivo le transport de protéines et d’organelles marqués par des protéines fluorescentes. Ce projet s’étend de plus à l’étude de plusieurs types de maladies neurodégénératives chez l’Homme (telles que la sclérose latérale amyotrophique, SLA), pour lesquelles des mutations de moteurs moléculaires ont été impliquées. Nous avons dans cette optique commencé à analyser le rôle du transport axonal et de l’acheminement moléculaire dépendant des microtubules dans le contexte du développement synaptique des motoneurones.
  2. Un deuxième axe de nos recherches se concentre sur la formation des circuits neuronaux au sein du tectum optique. Nous nous intéressons en particulier à une classe spécifique d’interneurones inhibiteurs localisés dans le neuropile du tectum. Nous avons découvert que leur fonction est essentielle à la sélectivité visuelle dépendante de la taille et à la réponse du tectum à des stimuli petits et localisés. Nous explorons maintenant comment se développe et fonctionne la connectivité entre ces neurones et les cellules ganglionnaires de la rétine. Pour cela, nous utilisons des approches de vidéo-microscopie confocale pour suivre la synaptogenèse in vivo, d’optogénétique et de traçage synaptique pour découvrir le circuit neuronal sous-jacent.

 

Figure 2: Image d’une unique cellule ganglionnaire rétinienne montrant un marquage génétique de l’axone (en rouge) et de sa projection pré-synaptique vers le neuropile du tectum contralatéral dans une larve vivante de poisson zèbre à 5 jours post-fertilisation.
Figure 2: Image d’une unique cellule ganglionnaire rétinienne montrant un marquage génétique de l’axone (en rouge) et de sa projection pré-synaptique vers le neuropile du tectum contralatéral dans une larve vivante de poisson zèbre à 5 jours post-fertilisation.

 

L’objectif général est d’approfondir notre connaissance du développement des circuits neuronaux aux niveaux moléculaires et cellulaires, afin de définir des principes généraux permettant l’étude et la compréhension de maladies neurologiques humaines.

Publications clés

Année de publication : 2016

Timothy W. Dunn, Christoph Gebhardt, Eva A. Naumann, Clemens Riegler, Misha B. Ahrens, Florian Engert, Filippo Del Bene (2016 Feb 3)

Neural Circuits Underlying Visually Evoked Escapes in Larval Zebrafish

Neuron : 89 : 3 : 613-628 : DOI : 10.1016/j.neuron.2015.12.021

Année de publication : 2014

Thomas O Auer, Karine Duroure, Jean-Paul Concordet, Filippo Del Bene (2014 Nov 13)

CRISPR/Cas9-mediated conversion of eGFP- into Gal4-transgenic lines in zebrafish.

Nature protocols : 2823-40 : DOI : 10.1038/nprot.2014.187
Thomas O Auer, Tong Xiao, Valerie Bercier, Christoph Gebhardt, Karine Duroure, Jean-Paul Concordet, Claire Wyart, Maximiliano Suster, Koichi Kawakami, Joachim Wittbrodt, Herwig Baier, Filippo Del Bene (2014 Oct 6)

Deletion of a kinesin I motor unmasks a mechanism of homeostatic branching control by neurotrophin-3.

eLife : DOI : 10.7554/eLife.05061

Année de publication : 2013

Thomas O Auer, Karine Duroure, Anne De Cian, Jean-Paul Concordet, Filippo Del Bene (2013 Oct 31)

Highly efficient CRISPR/Cas9-mediated knock-in in zebrafish by homology-independent DNA repair.

Genome research : 142-53 : DOI : 10.1101/gr.161638.113

Année de publication : 2010

Filippo Del Bene, Claire Wyart, Estuardo Robles, Amanda Tran, Loren Looger, Ethan K Scott, Ehud Y Isacoff, Herwig Baier (2010 Oct 30)

Filtering of visual information in the tectum by an identified neural circuit.

Science (New York, N.Y.) : 669-73 : DOI : 10.1126/science.1192949
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