Etude des connexions neuronales monosynaptiques

Publié le par seven

Il fait un petit peu peur, ce titre. Mais vous êtres courageux, j'en suis sûre. Il va falloir, parce que j'avais cococté de jolis schémas, que je n'arrive pas à insérer. Navred je suis...

Moi je dis, y’a des gens drôlement intelligents. Qui ont des idées et tout. Je sais pas vous, mais moi, ça m’épate. Illustration en musique, avec un extrait d’un article paru dans Neuron (1) ce mois-ci.

J’ai déjà abordé la question des réseaux précédemment. J’y reviens à  cette occasion. Quand on veut savoir avec qui cause directement un neurone donné, c’est pas facile. Une possibilité est d’utiliser des traceurs trans-synaptiques marqués par une substance fluorescente, pour qu’on les repère bien. Comme leur nom l’indique, ces traceurs passent d’un neurone à l’autre via une synapse. Disons qu’on l’injecte dans le neurone 2, celui-ci devient fluorescent. Puis le traceur passe dans le neurone 3, qui à son tour, brille de mille feux.

Le problème, c’est qu’il n’y a pas de raison pour qu’il s’arrête dans le neurone 2 : il continue donc son petit bonhomme de chemin. Du coup, lors du recueil des résultats, plein de neurones peuvent être marqués, sans être directement connectés au neurone 2. Et on ne peut pas répondre à la question posée.

Les auteurs de l’article ne sont pas des billes. Les impératifs de départ, bien ciblés, sont  les suivants :

1) Trouver un moyen pour que le traceur PASSE dans le neurone

2) Et qu’il s’arrête là !

 

Accrochez-vous, ce n’est pas simple simple, mais à la fin, la lumière sera.

Côté virus

        1) Premier point : Ils ont utilisé un virus, celui de la rage (« ahhaahha ! » d’horreur), ou Rabies virions (ça vous rappelle quelque chose ?). Moi, j’ai décidé de l’appeler Rabivirus dans la suite du billet. Un truc bien, c’est qu’il est connu pour infecter uniquement les neurones par voie transsynaptique rétrograde, d’arrière en avant, du neurone 2 au neurone 1, quoi. (faut bien que je sorte un peu mon vocabulaire).

Pour ce faire, un élément indispensable est une glycoprotéine présente dans la paroi du virus, qu’on appellera passeuse (ça veut dire ce que ça veut dire, au moins). Sans elle, il reste dans le neurone de départ. Et bien on va supprimer le gène concerné. Du coup, Rabivirus est piégé dans le neurone. (Gnak, gnak, gnak).

        2) Deuxième point: Tant qu’on y est dans les manip génétiques, on va mettre une protéine fluorescente verte dans le génome de Rabivirus. Comme ça, les cellules infectées seront bien repérables, vertes donc.

       

        3)Troisième point : On veut infecter quelques neurones, pas tous (vous verrez pourquoi plus tard). Alors il faut que le virus ne puisse pénétrer que dans certains. Les auteurs ont croisé notre gentil Rabivirus  avec un autre. De telle sorte que l’infection du neurone par le virus nécessite la présence d’une protéine P dans la membrane du neurone.

 

 

Côté neurone

On va donc aussi les modifier un peu. Une manipulation génétique va intégrer P, la passeuse (glycoprotéine de paroi virale manquante) et une protéine fluorescente rouge.  Seuls les neurones capables d’être infectés, et d’apporter au virus la glycoprotéine nécessaire à son passage synaptique seront rouges.

Récapitulation :

Donc donc donc. Si vous êtes toujours là, vous êtes arrivés. Rabivirus modifié génétiquement arrive sur les neurones. Seuls les neurones modifiés génétiquement, donc rouges, seront contaminés. Une fois rentré dans neurone 2, Rabivirus prolifère, prolifère et le neurone devient vert. En plus de rouge. Comme le neurone produit la passeuse, notre Rabivirus peut passer la synapse vers le Neurone 1 (rétrograde, je vous ai dit, rétrograde). Et le neurone 1 devient vert.  Mais si ce neurone 1 n’a pas été modifié génétiquement, il n’exprime pas la passeuse et rabivirus reste dedans.

Au final, on a ainsi identifié uniquement les neurones directement connectés au neurone 2, via une seule synapse.

Certes, c’est bien préliminaire. (je le dis souvent, ce mot). Ce sont des travaux sur tranches de cerveau, donc in vitro. Et puis le passage est rétrograde. Ce serait mieux en antérograde: donc la propagation "physiologique" de l'infomation. Mais il n’est pas inimaginable que ce soit faisable in vivo. Et cela permettrait peut-être  de mieux comprendre comment sont agencés les réseaux neuronaux.

Par exemple, des anatomistes acharnés au cours des siècles derniers ont décrit diverses voies anatomiques connectant des régions éloignées du cerveau. Mais les enregistrements électrophysiologiques in vivo, en particulier dans l’épilepsie, laissent penser que des régions « a priori » non connectées sont fonctionnellement liées. Il existe donc probablement des connexions synaptiques entre leurs neurones. Cette méthode nous en apprendra-t-elle plus ?

En tous cas, elle sera vraissemblablement intéressante pour étudier les réseaux à l'échelle cellulaire.

(1) Monosynaptic Restriction of Transsynaptic Tracing from Single, Genetically Targeted Neurons. Wickersham et al. Neuron. 2007. 53 (5); 639-647.

Publié dans Réseaux

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Matthieu 13/03/2007 20:47

et donc, treve de suspense : a-t-on trouve des connexions a longue distance monosynaptiques dans le cerveau ? des connexions entre des zones tres differentes ?et quid des cellules gliales, sont-elles vues par le procede ?

seven 13/03/2007 21:26


J’aimerais bien casser le suspense ! Quoi que…qu’est-ce qu’on chercherait dans les années qui viennent ???
Mais il y a en effet des régions éloignées, reliées par des faisceaux d’association, décrites depuis longtemps. Par exemple entre les lobes frontal (antérieur) et occipital (postérieur). En étudiant les vitesses de conduction électrique (stimulation en A, recueil en B), on peut savoir s'il existe une ou plusieurs synapses, car la vitesse de propagation est connue en fonction du type de fibres et la distance mesurable, et le temps nécessaire au passage transsynaptique estimable. Mais bon, ce n'est probablement pas la méthode idéale.Je ne peux cependant pas répondre avec certitude pour le caractère monosynaptique éventuel de ces connexions.  
Mais la connectivité du cortex n’est finalement pas bien connue : probablement certaines connexions ne sont-elles pas accessibles aux dissections anatomiques, car n’impliquant qu’un petit nombre de neurones par exemple. Une technique d’imagerie par résonance magnétique est en cours de développement depuis une petite dizaine d’année : l’imagerie en tenseur de diffusion (ce lien donne une idée de ce dont il s’agit), et vise à mettre en évidence ces connexions in vivo.  
Les techniques utilisant des traceurs transsynaptiques sont un chouïa plus invasives, c’est certain, mais intéressantes et complémentaires à mon avis.    
Pour les cellules gliales, je ne sais pas si elles sont la cible du virus de la rage. Mais ta question est à mon avis très intéressante, puisque depuis quelques temps, la notion de synapse tripartite, c’est-à-dire impliquant non pas deux neurones, comme on l’a longtemps cru, mais deux neurones et une cellule gliale (ou plusieurs) est bien admise. Mais les travaux étudiant la glie dans cette optique sont encore jeunes…

Benjamin 13/03/2007 18:52

Pendant la moitié de ton billet -très intéressant au demeurant- j'imaginais que la protéine passeuse devait être dans le neurone d'arrivée pour le rabivirus... Je me suis torturé l'esprit avant de trouver la vérité par la suite: la protéine passeuse doit se trouver dans le neurone de départ. Ouf!

seven 13/03/2007 20:36

Désolée, je n’ai pas l’âme d’un bourreau. J’ai modifié un peu le texte, en espérant que ce soit plus clair… Avec les schémas, ça aurait été mieux… Tu ne sais comment insérer des dessins faits sur power point ?
 
Par ailleurs, j’ai ajouté une modération à mon enthousiasme pour appliquer un jour cette technique à l’exploration des réseaux épileptogènes. N’empêche, on sait-y quand on sait pas ?!

Enro 13/03/2007 16:02

Il s'agit donc de vrais "bouts" de cerveau, avec vascularisation, cellules gliales et tout ou juste des neurones isolés (comme pour les manips de neurophysiologie sur l'axone géant de calamar) ?

seven 13/03/2007 20:48

Oui, oui, ce sont bien de vraies tranches de cerveau, découpées au vibrotome. Pas des cellules isolées, comme l'axone géant de calamar. Mais tu ne prends pas tout le cerveau, juste une structure : par exemple, tu dissèque l’hippocampe, et du fais des tranches fines que tu poses sur une lame puis dans un « bain », pour l’étudier.

Enro 13/03/2007 07:11

"Ce sont des travaux sur tranches de cerveau, donc in vitro."

Alors comme ça on peut conserver un cerveau fonctionnel, dans du liquide physiologique, par petits bouts ? Intéressant !

seven 13/03/2007 10:00

Eh oui ! Pendant quelques heures, dans un milieu adapté, les neurones continuent à fonctionner ! C’est dingue. Le truc bien, c’est qu’on peut mettre des électrodes et enregistrer leur activité, en modifiant quelques paramètres (par exemple, en bloquant les récepteurs à un neurotransmetteur donné). La limité de la méthode est que l’on ne se trouve  pas dans les conditions physiologiques réelles, in vivo. Donc quand les manip sont possibles in vivo, les résultats sont plus pertinents.

Tom Roud 12/03/2007 23:49

Normalement, vert+rouge, cela ne doit-il pas faire jaune ??Sinon, modifier génétiquement le neurone, cela ne risque-t-il pas de changer toutes les propriétés qu'on veut étudier ?

seven 13/03/2007 10:17

Normalement, vert+rouge, cela ne doit-il pas faire jaune ??Petit rigolo, va ! Les protéines ne fusionnent pas, elles sont « côte à côte ». Et pi tu mets des filtres sur l’objectif du microscope, pour voir le vert, le rouge, les deux et tout.

Sinon, modifier génétiquement le neurone, cela ne risque-t-il pas de changer toutes les propriétés qu'on veut étudier ?

J’imagine qu’on peut considérer que l’effet principal est lié à la modification génétique ciblée.
Cependant, c’est sûr que les avancées génétiques des dernières années donnent de plus en plus d’arguments pour dire que modifier l’expression d’un gène donné perturbe celle d’autres gènes. Sûr aussi que lorsqu’on étudie les conséquences d’une telle manipulation, il n’est pas possible de vérifier TOUTE l’activité de la cellule. En général, il y a des cellules contrôles, dans lesquelles des modifications génétiques « fantômes » sont effectuées, ce qui minimise partiellement ce biais.
A mon avis, s’agissant de modèles expérimentaux, ils présentent des limites. Mais des intérêts aussi.
Après, je ne suis pas assez compétente en fondamental pour aller beaucoup plus loin…