Neuronale connectivité dans le cerveau de souris en condition normale et en syndrome du X fragile

Studying Neuronal Connectivity in the Mouse Brain in Normal Condition and Fragile X Syndrome

• Auteur / Autrice : Matthias Haberl
• Direction : Andreas Frick, Kevan Martin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Neurosciences
• Date : Soutenance le 16/10/2014
• Etablissement(s) : Bordeaux en cotutelle avec Universität Zürich
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la vie et de la santé (Talence, Gironde ; 1993-....)
• Partenaire(s) de recherche : Etablissement d'accueil : Université Bordeaux-II (1971-2013)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Physiopathologie de la plasticité neuronale (Bordeaux)
• Jury : Président / Présidente : Arend Heerschap
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Arend Heerschap, Ingrid Bureau

Mots clés

Mots clés contrôlés

Traceurs neuronaux

Syndrome du chromosome X fragile

Mots clés libres

Traçage Virale

Syndrome du X Fragile

Connectivité

Viral tracing

Fragile X Syndrome

Connectivity

Résumé

Le but de ce travail est l'étude de la connectivité anatomique et fonctionnelle desréseaux neuronaux et le développement des nouveaux outils à cet effet. Car le dernieraspect est une préoccupation majeure de la neuroscience actuelle, nous avonsdeveloppé d'abord un nouveau traceur virale permettant la reconstruction neuronale.Nous avons ensuite appliqué cet et d'autres techniques pour sonder les défauts deconnectivité neuronale dans le syndrome de l'X fragile.Dans la première partie, nous avons discuté les avantages et inconvénients d'unetechnique émergente en utilisant un nouveau type de vecteur viral qui permet uneunique application pour l’étude du cerveau.Dans la deuxième partie, nous avons développé, au départ de ce vecteur viral, unenouvelle variante de faciliter le traçage et reconstruction des caractéristiquesmorphologiques de neurones. Nous avons montré la force de cette varianteantérograde du virus de la rage recombinant glycoprotéine supprimé pour lareconstruction de calcul de toutes les caractéristiques morphologiques clés deneurones: les dendrites, épines, les axones longs envergure dans tous les terminaux ducerveau et les boutons.Dans la troisième partie, nous avons examiné les modifications dans la connectivitédes structures cérébrales dans le syndrome du X fragile (FXS). FXS est le retardmental héréditaire la plus fréquente et la forme génétique la plus fréquente del'autisme, ce qui conduit à l'apprentissage et de la mémoire des déficits, lescomportements répétitifs, des convulsions et une hypersensibilité à des stimulisensoriels (visuels). Une des hypothèses éminents dans le domaine de l'autismesuppose une phénotype de hyper-connectivité locale mais de hypo-connectivité pourles connexions longue portée. Pour tester cette hypothèse dans un modèle de sourisFXS nous avons utilisé l'imagerie par résonance magnétique, pour balayer la totalitédu cerveau et de mesurer la connectivité anatomique et fonctionnel. Cela nous apermis d'identifier des altérations de connectivité dans plusieurs domains. Après nous8avons utilisé des traceurs viraux pour explorer un de ceux domains plus detaillé. Enutilisant le virus de la rage rétrograde à quantifier le nombre de neurones projetantvers ces zones, nous avons confirmé une connectivité d'entrée modifié pour le cortexvisuel primaire, ce qui pourrait contribuer au traitement visuel altéré de l'information.Nous avons découvert une connectivité réduite à longue portée globale anatomique etfonctionnelle entre plusieurs régions du cerveau, l'identification FXS comme unepathologie de la connectivité neuronale, ce qui pourrait expliquer les difficultés deplusieurs stratégies de sauvetage visant des cibles moléculaires sont actuellementconfrontés.

The goal of this work was the investigation of the anatomical and functionalconnectivity of neuronal networks and the development of novel tools for thispurpose. Since the latter aspect is a major focus of current neuroscience, we firstsought a novel viral tracer enabling sparse neuronal reconstruction and neuronclassification. We then applied this and other techniques to probe neuronalconnectivity defects in Fragile X Syndrome.In the first part we discussed the merits and drawbacks of a emergingtechnique using a new type of viral vector that allows in a unique manner mapping ofthe input of a given brain area.In the second part we developed, departing from this viral vector, a newvariant to facilitate the tracing and reconstructing of morphologic features of neurons.We showed the strength of this anterograde variant of the recombinant glycoproteindeletedrabies virus for computational reconstruction of all key morphologicalfeatures of neurons: dendrites, spines, long-ranging axons throughout the brain andbouton terminals.In the third part we examined alterations in the wiring of brain structures inthe Fragile X Syndrome (FXS). FXS is the most common inherited mental retardationand most frequent genetic form of autism, leading to learning and memory deficits,repetitive behavior, seizures and hypersensitivity to sensory (e.g. visual) stimuli. Oneof the eminent hypotheses in the autism field assumes a local hyper- connectivityphenotype but hypo-connectivity for long-ranging connections. To test this hypothesisin a FXS mouse model we used magnetic resonance imaging, to scan the entire brainand measure the anatomical and functional connectivity. This allowed us to identifyconnectivity alterations in several areas that we further explored using viral tracers.Using retrograde rabies virus to count the number of neurons projecting to such areaswe confirmed an altered input connectivity to the primary visual cortex, which couldcontribute to the altered visual information processing. We discovered an overallreduced anatomical and functional long-range connectivity between several brainareas, identifying FXS as pathology of neuronal connectivity, which might explain thedifficulties several rescue strategies aiming at molecular targets are currently facing.