Étude de l'organisation des neurones réticulospinaux dans le cerveau postérieur chez les larves de poisson zèbre

Investigation of the organization of reticulospinal neurons in the hindbrain of larval zebrafish

• Auteur / Autrice : Xinyu Cilia
• Direction : Claire Wyart
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Neurosciences
• Date : Inscription en doctorat le 01/10/2020
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Cerveau, cognition, comportement
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut du cerveau et de la moelle épinière
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Sensory Spinal Signaling

Mots clés

Mots clés libres

Neurones réticulospinaux

Optogénétique

Connectivité

Locomotion

Contrôle moteur

Tronc cérébral

Reticulospinal neurons

Optogenetics

Connectivity

Locomotion

Motor control

Brainstem

Résumé

La locomotion est un comportement universel qui permet aux animaux de se transporter d'un endroit à un autre en fonction de leurs besoins. Il s'agit d'un mouvement stéréotypé avec des motifs et des rythmes définis, dont l'exécution repose sur les contractions musculaires coordonnées contrôlées par le réseau neuronal de la moelle épinière appelé générateurs centraux de motifs (CPG). Les neurones réticulospinaux (RSN) du tronc cérébral inférieur recrutent directement les CPG spinaux, communiquant les commandes descendantes des centres moteurs supraspinaux tout en intégrant les entrées sensorielles externes afin de moduler de manière appropriée les mouvements en cours. Chez toutes les espèces de vertébrés, il a été démontré qu'ils sont impliqués dans le démarrage, la direction et l'arrêt de la locomotion. Cependant, nous ne comprenons pas encore comment démarrer et contrôler de manière fiable la locomotion et la posture au niveau des neurones réticulospinaux. Avec la découverte de la channelrhodopsine au début des années 2000, de nombreuses études chez les vertébrés ont tenté de répondre à cette question en utilisant une approche optogénétique. En particulier, les neurones du tronc cérébral V2a, définis par l'expression du facteur de transcription vsx2+, ont reçu une attention considérable en tant que population candidate clé pour commander la locomotion. Chez les larves de poisson zèbre, la manipulation optogénétique de la population entière montre que les neurones V2a du tronc cérébral arrière se projettent vers la moelle épinière et sont suffisants et nécessaires pour commander la locomotion [1]. Chez la souris, il a été démontré que les neurones V2a de la moelle rostrale arrêtent la locomotion lorsqu'ils sont activés bilatéralement et orientent la direction du mouvement en cours lorsqu'ils sont activés unilatéralement [2, 3]. Ces résultats inattendus d'inhibition motrice à partir de l'activation d'une population excitatrice suggèrent une hétérogénéité fonctionnelle de la population du tronc cérébral V2a et, actuellement, nous n'avons toujours pas une compréhension complète des structures de la population du tronc cérébral V2a et de ses rôles dans le contrôle de la locomotion. Pour répondre à cette question, mon projet vise à disséquer la population du tronc cérébral V2a chez le poisson zèbre larvaire en utilisant des méthodes optiques avancées. En profitant pleinement des avantages de la génétique et de l'accessibilité optique de cet organisme modèle, j'enregistre et manipule l'ensemble de la population V2a de manière non biaisée, en recueillant des preuves anatomiques et fonctionnelles dans le but d'identifier le réseau minimal requis pour démarrer et contrôler la locomotion avant.

Locomotion is a universal behaviour that allows animals to transport themselves from one place to another according to behavioural needs. It is a stereotyped movement with defined patterns and rhythms, whose execution relies on the coordinated muscles contractions controlled by the neuronal network in the spinal cord called central pattern generators (CPGs). The reticulospinal neurons (RSNs) in the lower brainstem directly recruit the spinal CPGs, communicating the descending commands from supraspinal motor centres while integrating external sensory inputs to appropriately modulate ongoing movements. Across vertebrate species, they have been shown to be involved in the starting, steering and stopping of locomotion. However, we do not yet understand how to reliably start and control locomotion and posture at the level of reticulospinal neurons. With the discovery of channelrhodopsin in the early 2000s, many studies in vertebrates have attempted to address this question using optogenetic approach. In particular, the V2a brainstem neurons, defined by the expression of the transcription factor vsx2+, received considerable attention as a key candidate population to command locomotion. In larval zebrafish, whole population optogenetic manipulation shows that the V2a hindbrain neurons projects to the spinal cord and are sufficient and necessary to drive locomotion [1]. In mice, V2a neurons in the rostral medulla has been shown to stop locomotion when activated bilaterally and to steer the direction of ongoing motion when activated unilaterally [2, 3]. These unexpected results of motor inhibition from the activation of an excitatory population suggests functional heterogeneity of the V2a brainstem population and currently we still lack a comprehensive understanding on the structures the V2a brainstem population and its roles controlling locomotion. To address this question, my project aims to dissect the V2a hindbrain population in larval zebrafish using advanced optical methods. Taking full advantages of the model organism's genetics amenability and optical accessibility, I record and manipulate the entire V2a population in a non-biased manner, collecting anatomical and functional evidences in search to identify the minimal network required to start and control forward locomotion.