Thèse soutenue

Régulation du transport axonal par l'activité neuronale : Implication pour le développement des réseaux neuronaux

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Auteur / Autrice : Eve Moutaux
Direction : Frédéric Saudou
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Neurosciences neurobiologie
Date : Soutenance le 10/06/2020
Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale chimie et science du vivant (Grenoble ; 199.-....)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des neurosciences de Grenoble
Jury : Président / Présidente : Annie Andrieux
Examinateurs / Examinatrices : Frédéric Saudou, Christophe Leterrier
Rapporteurs / Rapporteuses : Zsolt Lenkei, Xavier Nicol

Résumé

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Pendant le développement, les projections axonales à longue distance se ramifient pour se connecter à leurs cibles. L’établissement et le remodelage de ces connexions est notamment régulé par l’activité neuronale. L’adaptation de la morphologie de l’axone nécessite alors des quantités importantes de matériel sécrétoire et de facteur trophiques comme le BDNF (brain derived neurotrophic factor). Ce matériel est transporté dans des vésicules le long de l’axone depuis le corps cellulaire où il est synthétisé, vers les sites actifs à l’extrémité de l’axone. Si le relargage de vésicules sécrétoires à la synapse est bien étudié, les mécanismes régulant le transport axonal par l’activité sont encore méconnus.Dans ce travail de thèse, nous avons dans un premier temps développé des outils permettant d’étudier les dynamiques intracellulaires dans des réseaux neuronaux. Nous avons ainsi développé une chambre microfluidique permettant de reconstruire in vitro des réseaux neuronaux physiologiques et compatibles avec de la vidéomicroscopie à haute résolution. Nous avons caractérisé l’établissement et la maturation du réseau et validé l’intérêt de ce dispositif microfluidique dans le contexte de la maladie de Huntington. Nous avons ensuite étudié l’évolution des dynamiques intracellulaires avec la maturation du réseau. Nous avons notamment observé une augmentation du transport axonal de vésicules sécrétoires en fonction de l'état de maturation du réseau neuronal. Ces premières observations ont renforcé l’hypothèse d’une régulation directe du transport axonal de vésicules sécrétoires par l’activité neuronale au cours du développement du réseau.Nous avons ainsi fait évoluer la plateforme microfluidique par l’ajout d’un réseau d’électrodes (MEA) qui permet d'étudier les dynamiques intracellulaires tout en contrôlant l’activité neuronale. A l’aide de ce système, nous avons identifié un groupe de vésicules sécrétoires ancré le long de l’axone et recruté en réponse à une haute activité neuronale en direction des sites présynaptiques actifs. Nous avons alors identifié les acteurs impliqués dans ce mécanisme dépendant de l’activité. Nous avons montré que la myosine Va permettait l’attachement des vésicules le long de l’axone dans des structures d’actine dynamique. L’activité neuronale induit une augmentation de calcium le long de l’axone, via l’activation des canaux calciques dépendant du voltage, qui régule la myosine Va et entraine le recrutement des vésicules stockées dans l’axone sur les microtubules. Une fois les acteurs identifiés, nous avons pu mettre en évidence le rôle de ce mécanisme dépendant de l’activité dans la formation de branches axonales pendant le développement. Enfin, nous avons confirmé l’existence de ce groupe de vésicules dépendant de l’activité et résidant dans l’axone in vivo grâce à la mise au point d'un système d’étude du transport axonal sur tranches aigües de cerveau en microscopie biphotonique.L’ensemble de ce travail propose de nouveaux outils in vitro et in vivo pour comprendre les régulations des dynamiques intracellulaires dans des réseaux neuronaux physiologiques. Grâce à ces outils, nous avons identifié un mécanisme de régulation local qui permet l'adressage rapide de facteurs trophiques vers les branches en développement en réponse à l’activité neuronale.