Plasticité structurelle et fonctionnelle des interneurones inhibiteurs du bulbe olfactif lors de diverses expériences sensorielles

Structural and functional plasticity of the olfactory bulb inhibitory interneurons during diverse sensory experiences

• Auteur / Autrice : Soham Saha
• Direction : Pierre-Marie Lledo, Kurt A Sailor
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Neurosciences
• Date : Soutenance le 23/09/2019
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Cerveau, cognition, comportement (Paris ; 1992-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Pasteur (Paris). Gènes, synapses et cognition - Institut Pasteur (Paris). Perception et mémoire
• Jury : Président / Présidente : Ann Lohof
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Nathalie Buonviso, Christoph Schmidt-Hieber
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Friedrich Rainer, Alan Carleton

Mots clés

Mots clés contrôlés

Récepteurs métabotropiques

Plasticité neuronale

Physiologie

Interneurones

Bulbe olfactif

Mots clés libres

Entrées sensorielles

Plasticité adulte

Imagerie calcique

In vivo

Bi-photon

Chimiogénétique

Cellules granulaires

Olfaction

Structural plasticity

In vivo 2-photon imaging

Granule cells

Olfactory bulb

Résumé

Les cellules granulaires (CG) à bulbe olfactif présentent une plasticité structurelle persistante de leurs épines dendritiques, ce qui permet au réseau peu connecté d'être très flexible aux changements sensoriels. Des études ont montré que l'exposition aux odeurs a un effet stabilisateur sur les épines du CG, ce qui suggère une plasticité structurale dépendante de l'activité. Or l'activité de GC peut être synaptique ou dendritique et on ignore encore comment ces deux dimensions sont liées et quelle est la relation entre l'activité dendritique locale et la plasticité structurale des GC. Avec l'imagerie in vivo à 2P chez des animaux éveillés, nous montrons une corrélation directe entre l'augmentation chronique induite par les odeurs de l'activité dendritique locale du GC et sa stabilité vertébrale. Lors de la stimulation olfactive, les segments dendritiques les plus actifs ont la plus forte proportion d'épines stables. Avec la chimiogénétique, nous avons montré que l’activité autonome de la CG n’a pas d’effet sur la relation entre l'activité locale et la stabilité du rachis, ce qui montre que la stabilité de la colonne vertébrale est surtout régulée par des apports présynaptiques spécifiques et est un mécanisme potentiel pour adapter le réseau aux nouveaux apports sensoriels.

Olfactory bulb granule cells (GCs) exhibit persistent structural plasticity of their dendritic spines allowing the sparsely connected network to be highly flexible to changing sensory input. Previous studies showed odor exposure to stabilize GC spines, suggesting a mechanism of activity-dependent stability. However, GC activity may have multiple dimensions – it can be synaptically-driven or dendritically-spread, it is yet unexplored how these two dimensions are related and in particular what is the relationship between local dendritic activity and spine plasticity. Using in vivo 2-p imaging in awake head-fixed animals, we show a direct correlation between chronic odor-induced increase in local GC dendritic activity and its corresponding spine stability. Upon odor stimulation, the most active GC dendritic segments display the highest proportion of stable spines. This correlation was observed at GC apical dendrodendritic synapses, but not for basal axodendritic spines. This correlation was not observed when looking at spontaneous GC activity or following sensory deprivation. Using a targeted chemogenetic approach, we showed that cell-autonomous GC activation or inhibition had no effect on the relationship between local activity and spine stability. Conversely, chemogenetic activation of the presynaptic partners of GC spines transiently mimics the effect of odor-induced GC spine stability, suggesting that synaptically-driven GC activity is necessary to drive spine stability. These findings show that spine stability is regulated in a spatio-temporal manner mainly by specific presynaptic inputs and thus provide a potential mechanism to adapt the network to new sensory inputs.