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ROBUSTESSE DE L'EXCITABILITE
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RESPONSABLE : GOAILLARD Jean-Marc

MEMBRES ACTUELS :

THEMES DE RECHERCHE :

Notre équipe s'intéresse aux mécanismes moléculaires et cellulaires responsables de la robustesse de l'activité neuronale. De nombreuses études ont démontré que les neurones sont capables de maintenir un patron d'activité stable en dépit de nombreuses perturbations externes ou internes. Les expériences de manipulation pharmacologique ou de déprivation sensorielle ont démontré que les propriétés des synapses ou des canaux ioniques sont régulées de façon dynamique de façon à maintenir un niveau d'activité stable (pour revue voir Turrigiano, Cell, 2008). D'autre part, un nombre croissant d'études a montré que les délétions de certains canaux ioniques n'altèrent l'activité neuronale que de façon mineure (voir par ex. Swensen & Bean, J. Neurosci. 2005), illustrant ainsi la capacité des neurones à compenser les perturbations internes que peuvent représenter les mutations survenant de façon aléatoire dans le génôme. De façon évidente, cette stabilité dépend de la régulation dynamique des différents canaux ioniques (activés par les neurotransmetteurs ou par le potentiel) responsables de l'activité neuronale.

Cette stabilité repose également sur l'existence d'un large espace de paramètres "neutre" au sein duquel des variations importantes dans les valeurs des paramètres (dans notre cas les propriétés des conductances ioniques) sont tolérées sans pour autant que le comportement électrique du neurone ne soit altéré (Figure 1 from Marder & Goaillard, Nat. Rev. Neurosci., 2006). Tandis que les études théoriques (Prinz, Bucher & Marder, Nat. Neurosci., 2004; Taylor, Goaillard & Marder, J. Neurosci., 2009) tendent à montrer que les espaces neutres ne reposent pas sur des corrélations importantes entre les conductances, les mesures d'amplitude des courants ioniques ou d'expression des canaux correspondants suggèrent que les espaces neutres biologiques reposent sur de fortes corrélations dans les propriétés des canaux ioniques déterminant l'activité neuronale (Schulz, Goaillard & Marder, Nat. Neurosci. 2006; Schulz, Goaillard & Marder, PNAS, 2007; Goaillard et al., Nat. Neurosci., 2009) . Nous pensons que ces corrélations émergent de processus dynamiques qui régulent de façon coordonnée les propriétés des canaux ioniques intervenant dans les mêmes propriétés de décharge neuronale.



Nous tentons de déterminer ces régulations dynamiques au niveau des neurones dopaminergiques de la substance noire compacte (SNc) de rongeur, principalement. Les neurones dopaminergiques de la SNc ont la particularité d'être des neurones pacemaker, c'est à dire capables de générer une activité régulière spontanée en l'absence de stimuli (par ex. synaptiques). Cette propriété permet notamment d'analyser avec précision les patrons d'activité de ces neurones dans des préparations in vitro et de déterminer les liens causaux qui existent entre l'activité physiologique du neurone et les propriétés des courants sensibles au potentiel qu'il exprime. Nous nous focalisons principalement pour le moment sur les canaux sensibles au potentiel exprimés au niveau somato-dendritique par les neurones dopaminergiques de la SNc. Comme observé sur le système stomatogastrique de crustacés, nous avons récemment démontré que certains canaux ioniques sont co-régulés et que cette co-régulation influence l'activité neuronale. Toutefois, tandis que les co-régulations observées chez les crustacés concernaient essentiellement l'amplitude des courants générés par les canaux ou les niveaux d'expression des canaux ioniques, nous avons démontré pour la première fois l'existence de co-régulations au niveau des propriétés biophysiques des canaux ioniques (Amendola et al., 2012). Ainsi, les sensibilités au potentiel (V50) des courants IA et IH sont positivement corrélés dans les neurones dopaminergiques de la SNc de rat (Figure 2). Nous pensons que ce type de co-régulation n'est pas limité à la paire de courants IH/IA, mais qu'il représente un phénomène relativement commun sous-tendant en partie la robustesse de l'activité neuronale. Notre but est donc d'étendre notre connaissance des co-variations et co-régulations de canaux ioniques, aussi bien dans leurs niveaux d'expression que dans leurs propriétés biophysiques (sensibilité au potentiel, cinétique, etc...). Ce travail exige donc de mesurer les propriétés ou les niveaux d'expression de plusieurs canaux ioniques dans les mêmes cellules afin de définir les co-variations éventuelles de ces paramètres.


METHODOLOGIES

Notre travail se base donc principalement sur l'enregistrement électrophysiologique de l'activité neuronale et des propriétés biophysiques des canaux ioniques sensibles au potentiel exprimés par les neurones dopaminergiques. De plus, nous associons également les enregistrements électrophysiologiques avec la modélisation numérique (dynamic clamp) afin de tester certaines prédictions théoriques directement sur des neurones biologiques (Figure 3). Mais nous utilisons également des approches de biologie cellulaire, notamment l'immunohistochimie pour déterminer les bases moléculaires des régulations dynamiques de canaux ioniques (Figure 3). Nous développons également des approches de biologie moléculaire afin de déterminer les variations et co-variations d'expression de canaux en réponse à des perturbations de différents types. Enfin, nous appliquons ces approches sur différents types de préparations, non seulement des tranches aiguës de mésencéphale, mais également des cultures organotypiques, ou encore des cultures primaires de neurones dopaminergiques. Ces différentes préparations sont réalisées à partir d'animaux sauvages ou d'animaux transgéniques.


PROJETS :

1) Déterminer les régulations de conductances (au niveau expression et propriétés biophysiques) induites par perturbation pharmacologique : utilisation de cultures primaires ou organotypiques de substance noire compacte, approche électrophysiologique essentiellement.

Projet financé par la FRC

2) Déterminer l'impact fonctionnel des co-régulations de condutances (long et court termes) sur l'activité du neurone, notamment déterminer quelles co-régulations peuvent représenter des mécanismes homéostatiques : utilisation de techniques computationnelles (modélisation type Hodgkin-Huxley, dynamic-clamp) pour déterminer les relations quantitatives entre espaces de paramètres de conductances et activité physiologique du neurone. Voir par ex. Amendola et al., J. Neurosci. 2012.

Projet financé en partie par une ANR Jeune Chercheur

3) Déterminer le lien qui peut exister entre robustesse de l'activité et optimisation du codage.

Projet financé en partie par une ANR Jeune Chercheur

4) Tout ce qui peut avoir un sens pour la robustesse de l'activité neuronale et auquel on n'a pas encore pensé.

Projet pas encore commencé mais bientôt financé (financement anonyme).

FINANCEMENTS :

Inserm Avenir (2007-2011), Fondation Fyssen (2008), Fondation pour la Recherche Médicale (2011-2012), Fédération pour la Recherche sur le Cerveau (2012-2013), Agence Nationale pour la Recherche (2013-2014), ERC Consolidator grant (2014-2018)


ANCIENS MEMBRES :

DA-NZI-MBOUMBA Laetitia, DUFOUR Martial , PAUCHET-LOPEZ Catherine , TEMPORAL Simone, WOODHOUSE Adele.

PUBLICATIONS :


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