Astrocytes dans les couches visuelles du colliculus supérieur : propriétés et rôle dans le traitement des informations visuelles

Astrocytes in the visual layers of the superior colliculus : properties and role in visual processing

• Auteur / Autrice : Josien Visser
• Direction : Nathalie Rouach-Holcman, Christian Henneberger
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Neurosciences
• Date : Soutenance le 14/02/2022
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Cerveau, cognition, comportement (Paris ; 1992-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre Interdisciplinaire de Recherche en Biologie (Paris ; 2011-....)
• Jury : Président / Présidente : Filippo Del Bene
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Carole Escartin
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Tommaso Fellin, Gertrudis Perea

Mots clés

Mots clés contrôlés

Souris de laboratoire

Vision

Cellules -- Interaction

Astrocytes

Colliculus supérieur

Mots clés libres

Colliculus supérieur

Astrocyte

Vision

Interactions neurogliales

Cartes fonctionnelles visuelles

Jonctions communicantes

Superior colliculus

Astrocyte

Vision

Neuroglial intercations

Visual functional maps

Gap junction channels

Résumé

Les astrocytes répondent aux stimuli visuels et modulent en retour les réponses neuronales. Dans le colliculus supérieur (SC) de la souris, les neurones partageant la même sélectivité à l'orientation sont regroupés en cartes visuelles. De plus, les couches visuelles du SC sont hautement métaboliques et les réseaux astrogliaux sont essentiels au métabolisme cérébral. Nous avons donc émis l'hypothèse selon laquelle les astrocytes pourraient jouer un rôle particulier dans le SC visuel. Nous avons d'abord étudié les propriétés spécifiques des astrocytes du SC, et avons pu mettre en évidence qu’ils présentent un transcriptome, une morphologie, des interactions avec les neurones et une connectivité via des jonctions communicantes très distincts. Nous avons ensuite étudié le rôle des astrocytes SC dans le traitement visuel de la souris. Pour ce faire, nous avons caractérisé les cartes visuelles SC (rétinotopie, orientation et direction) par imagerie optique intrinsèque in vivo, et révélé une nouvelle carte, dans laquelle toutes les directions sont représentées. Comme ces cartes visuelles sont duplicables, nous avons pu étudier l'influence des réseaux astrogliaux en utilisant des souris knockout conditionnelles pour les protéines astrogliales de jonctions communicantes (cKO). Chez ces souris, la carte rétinotopique est désorganisée dans le SC, mais pas dans le cortex visuel. De plus, la topographie de l'orientation et de la direction est altérée dans le SC des animaux cKO, ce qui s'accompagne d'une altération de la perception visuelle. Au total, ces données révèlent que les réseaux astrogliaux façonnent les cartes fonctionnelles et contribuent au traitement visuel.

Astrocytes dynamically interact with neurons and play an active role in cerebral functioning. Astrocytes indeed respond to visual stimuli and modulate in turn neuronal responses. The mouse superior colliculus (SC) has been of particular interest in visual research as neurons sharing the same orientation tuning are clustered into visual maps. Interestingly, the visual layers of the SC are highly metabolic and astroglial networks are vital for brain metabolism. Therefore, we hypothesized that astrocytes might play a particular role in the retinorecipient SC. We thus first studied the specific properties of SC astrocytes, and found that these cells display a highly distinct transcriptome, morphology, structural interactions with neurons as well as extensive gap-junction mediated networks. We then studied the role of SC astrocytes in mouse visual processing. To do so, we characterized SC visual maps (retinotopy, orientation and direction) by in vivo intrinsic optical imaging, and revealed a novel map, in which all directions are organised in a pinwheel. As these visual maps were duplicable across mice, we studied the influence of astroglial networks by using conditional knockout mice for astroglial gap junction proteins (cKO). In these mice, the retinotopic map was highly disorganized within the SC, but no changes were observed in the visual cortex. This shows that astrocytes play distinct roles within the visual system. Furthermore, orientation and direction topography were altered in the SC of cKO animals accompanied by impaired visual perception. In all, these data reveal that astroglial networks shape functional maps and contribute to visual processing.