Combiner l'électrophysiologie, la microscopie et la transcriptomique au niveau de la cellule unique pour décoder le câblage du système olivo-cérébelleux

Combining electrophysiology, imaging and transcriptomics at the single cell level to decode the wiring of the olivo-cerebellar system

• Auteur / Autrice : Elena Baz badillo
• Direction : Mathieu Letellier
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Neurosciences
• Date : Inscription en doctorat le 01/10/2021
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la vie et de la santé (Talence, Gironde ; 1993-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Interdisciplinaire de Neurosciences
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Molécules d'Adhérence Cellulaires dans l'Assemblage Synaptique

Mots clés

Mots clés libres

Patch-seq

Protéines d'adhérence cellulaire

Cervelet

Développement

Transcriptomique

Patch-seq

Cell adhesion molecules

Cerebellum

Development

Single-cell transcriptomics

Résumé

La diversité des processus cognitifs qui émergent du cerveau résulte de l'organisation non-aléatoire des circuits neuronaux. Dans le système olivo-cérébelleux en développement, chaque cellule de Purkinje (PC) sélectionne une seule afférence olivaire (également appelé fibre grimpante - FG) parmi plusieurs via un mécanisme de compétition dépendant de l'activité neuronale. Néanmoins, la façon dont cette afférence unique sélectionnée est ensuite maintenue au cours de la vie reste inconnue. Nous formulons l'hypothèse que les circuits sélectionnés sont codés moléculairement pendant le développement, probablement via l'expression de certaines protéines d'adhérence cellulaire (CAMs) capables de spécifier et de stabiliser les connexions. Notamment, des mutations affectant des CAMs sont liées aux ataxies spino-cérébelleuses dans lesquelles l'incapacité des PCs à sélectionner un partenaire semble précéder leur dégénérescence et l'apparition des symptômes moteurs. Par conséquent, nous souhaitons développer des approches permettant d'étudier la manière dont les cellules individuelles sélectionnent et maintiennent leur partenaire. Nous avons commencé à explorer l'existence d'un code adhésif en mettant en œuvre la technique de « Patch-Seq », qui nous permet de corréler la physiologie, la morphologie et le transcriptome de cellules individuelles au cours du développement normal ou dans des situations pathologiques. Cette approche sera combinée à la microscopie super-résolutive pour la visualisation subcellulaire des CAMs et à l'imagerie 3D multi-couleur pour fournir une image dynamique du processus de compétition. Nous étudierons le rôle de l'activité neuronale dans l'expression des CAMs en altérant chroniquement l'activité des neurones olivaires à l'aide de la pharmacologie ou de l'optogénétique. En retour, nous testerons le rôle des CAMs en perturbant leur expression ou leur fonction (par exemple, chez des mutants ataxiques) et en évaluant les conséquences sur la connectivité.

The wide variety of cognitive processes arising from the brain are a consequence of a non-random arrangement of neural circuits. In the developing olivo-cerebellar system, each Purkinje cell (PC) selects a single olivary afferent (also called climbing fibre – CF) among multiple ones through an activity-dependent competition. Nevertheless, how this single CF afferent is maintained over the individual's life after selection remains unknown. We hypothesise that selected circuits are molecularly encoded during developmental critical periods, possibly through the expression of certain cell adhesion molecules (CAMs) able to specify and stabilise selected connections. Interestingly, mutations in certain CAMs are linked to spinocerebellar ataxias (SCAs) in which the inability of PCs to select proper afferents may precede degeneration and the onset of motor symptoms. Therefore, there is a pressing need for the development of approaches allowing a comprehensive understanding of how individual cells select and maintain their partner for a lifelong period. We started to explore the existence of an adhesive code by implementing the Patch-Seq technique, which allows us to correlate electrophysiology, morphology and single-cell transcriptomics across normal development or in pathological situations. This approach will be combined with super-resolution microscopy for subcellular visualisation of CAMs proteins and 3D multicolor time-lapse imaging to provide a dynamic picture of the competition process. We will further investigate the role of neural activity in shaping the expression of CAMs by chronically altering olivary neurons activity using pharmacology or optogenetics. In turn, we will test the role of identified CAMs by specifically altering their expression or function (e.g. ataxic mutants) and assessing the consequences on olivo-cerebellar connectivity.