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Neurogenèse et développement des circuits neuronaux

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Chef d'équipe : Jean Livet

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Introduction

Nous cherchons à comprendre comment les cellules qui composent les circuits neuronaux de la rétine et du cerveau naissent, se différencient et s’interconnectent au cours du développement. Nous utilisons pour cela de nouvelles méthodologies permettant de tracer le lignage et la connectivité des cellules neurales dans le tissu nerveux intact.

Présentation

Le traitement de l’information par le cerveau et la rétine repose sur des assemblages extraordinairement complexes et précisément organisés de neurones et de cellules gliales. Le développement de ces réseaux pose deux questions majeures : comment les cellules qui les composent sont-elles générées en nombre et types adéquats ? Comment ces cellules se répartissent-elles dans le tissu nerveux et s’interconnectent-elles ? Notre équipe développe et applique de nouvelles approches d’ingénierie génétique et d’imagerie pour étudier ces questions in situ, à l’échelle cellulaire.

Brainbow
Pour visualiser et suivre individuellement le développement des cellules nerveuses dans leur environnement, nous utilisons la stratégie transgénique Brainbow qui distribue des combinaisons de protéines fluorescentes de différentes couleurs (rouge, jaune, cyan, etc.) dans les cellules d’un tissu. Ces marqueurs de couleur discriminent les cellules juxtaposées, facilitant le traçage de leurs prolongements (axones, dendrites) pour l’étude de la circuiterie neuronale. Nous avons aussi introduit une approche utilisant les marqueurs de couleur Brainbow pour tracer simultanément le lignage de multiples cellules souches neurales et identifier leur descendance respective. En complément, nous développons des approches de biologie  synthétique pour suivre de nouveaux aspects du développement des cellules nerveuses.

Potentialités et régulation des cellules souches neurales
L’ensemble des neurones et cellules gliales du cerveau et de la rétine sont directement ou indirectement générés par les cellules souches / progénitrices neurales situées dans le neuroépithélium embryonnaire. Découvrir comment ces cellules souches produisent des neurones et cellules gliales en nombre et types adéquats et comment leur descendance se répartit dans le tissu nerveux est essentiel pour comprendre les liens existants entre développement, structure et fonction des circuits neuronaux, et pour remonter à l’origine des maladies neurodéveloppementales. Nous étudions ces aspects dans le cortex et la rétine embryonnaires avec les transgènes Brainbow. Ceux-ci nous permettent de marquer des progéniteurs neuraux avec des couleurs distinctes et d’identifier leur descendance depuis les stades embryonnaires jusque chez l’adulte. Nous utilisons cette stratégie pour caractériser les potentialités des progéniteurs corticaux et rétiniens, déchiffrer les mécanismes de leur régulation et comprendre comment leurs cellules filles (neuronales ou gliales) s’organisent dans le tissu nerveux mâture.

Structure et développement de la circuiterie sensorielle
La connectivité fine, à l’échelle synaptique, des circuits neuronaux reflète leur histoire développementale et conditionne fortement leur fonction. Une cartographie dense de la circuiterie neuronale à cette échelle est nécessaire pour l’étude approfondie des réseaux neuronaux en condition normale et pathologique. Cependant, une telle cartographie reste très difficile à réaliser à cause de la résolution limitée de la microscopie optique. La stratégie Brainbow offre une solution à ce problème en multiplexant l’analyse de cellules uniques avec des marqueurs de couleur distinguant les cellules voisines dans une même région du cerveau. Nous utilisons cette approche pour le traçage « connectomique » de circuits sensoriels spécifiques, dans le but de révéler de nouvelles propriétés des circuits neuronaux adultes et de mieux comprendre comment ils s’assemblent et sont remodelés au cours du développement.

Domaines de recherche

  • Cellules souche neurales : nous utilisons de nouvelles approches de suivi du lignage cellulaire pour analyser les potentialités et la régulation des cellules souches neurales embryonnaires.

  • Connectomique : nous combinons le marquage génétique Brainbow avec de nouvelles méthodologies d’imagerie optique pour étudier l’organisation fine et le développement de la circuiterie sensorielle.

  • Ingénierie génétique et biologie synthétique : nous développons de nouvelles stratégies transgéniques pour caractériser in situ les interactions et le développement des cellules nerveuses individuelles.


 

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