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115 | 2016
Annuaire du Collège de France 2014-2015
Résumé des cours et travaux 115e année
VII. Équipes accueillies

Dynamique et physiopathologie des réseaux neuronaux

CIRB
Laurent Venance
p. 913-916

Texte intégral

   

Responsable : Laurent Venance

Équipe : Asier Aristieta-Arbelaiz, Bertrand Degos, Willy Derousseau, Giuseppe Gangarossa, Alexandre Mendes, Sylvie Perez, Silvana Valtcheva

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1Les ganglions de la base sont impliqués dans la planification et l’apprentissage de comportements dirigés vers un but. Le striatum, le principal noyau d’entrée des ganglions de la base, reçoit des afférences de l’ensemble du cortex. Il est composé à 90 % de neurones de sortie GABAergiques, les medium-sized spiny neurons (MSNs), et à 10 % d’interneurones GABAergiques et cholinergiques. Les MSN, silencieux au repos, doivent, pour décharger, recevoir des signaux corticaux de fortes amplitudes et synchrones. Ainsi, les MSN agissent comme des détecteurs de coïncidence de l’activité corticale ; ils extraient du bruit de fond les informations corticales jugées pertinentes et ce, en fonction du contexte. L’intégration des informations corticales est fortement modulée par les afférences dopaminergiques de la substance noire pars compacta. Le rôle prépondérant de la dopamine est dramatiquement illustré par la maladie de Parkinson causée par la dégénérescence des neurones dopaminergiques.

2L’apprentissage et la mémorisation sont principalement sous-tendus par des phénomènes de plasticité synaptique à long terme (Martin et Morris, 2002) qui sont soit la potentialisation à long terme (LTP) soit la dépression à long terme (LTD). La connaissance des plasticités cortico-striatales est fondamentale pour comprendre les mécanismes qui sous-tendent le rôle des ganglions de la base dans l’apprentissage procédural et leurs altérations en conditions physiopathologiques. Nous étudions la spike-timing dependent plasticity (STDP), car ce paradigme est considéré comme la loi élémentaire de la plasticité synaptique de type hebbienne. La STDP repose sur un paradigme d’apprentissage hebbien au niveau synaptique et donc sur la quasi-coïncidence entre des activités pré- et post-synaptiques. Ainsi, il a été décrit dans différentes structures qu’une stimulation pré-synaptique précédée de quelques millisecondes de la stimulation post-synaptique (répétées plusieurs dizaines de fois à 1 Hz) induit une LTD, tandis qu’une stimulation post- puis pré-synaptique induit inversement une LTP. De manière surprenante, nous avons observé une orientation anti-hebienne de la STDP au niveau des MSN : une stimulation post-pré induit une LTP et une stimulation pré-post induit une LTD. Cette plasticité inverse striatale était la première décrite chez les mammifères. Ceci indique une spécificité du codage au niveau de l’axe cortico-striatal.

Rôle des astrocytes dans plasticité synaptique (STDP) cortico-striatale

3Nous avons mis en évidence que les astrocytes, dans le cadre de la synapse tripartite, via la recapture du glutamate et du GABA, contrôlent la transmission et les plasticités à court terme cortico-striatales (Goubard et al., 2011). Le concept de synapse tripartite (éléments neuronaux pré- et post-synaptiques et astrocytaires) a mis les cellules gliales au cœur des processus de traitement de l’information. Grâce à des enregistrements de double patchclamp astrocyte-neurone, nous avons mis en évidence une activité électrogénique puissante au niveau des astrocytes striataux suite à une activation corticale, due aux transporteurs au glutamate et au GABA astrocytaire. Nous avons de plus observé des effets marqués des transports astrocytaires du glutamate sur les phénomènes de plasticité à long terme. Nous avons montré que les astrocytes, par l’intermédiaire du transport de neurotransmetteurs, autorisent l’expression d’une STDP bidirectionnelle dans une fenêtre temporelle réduite. L’activité des transporteurs astrocytaires du glutamate (EAAT2 majoritairement) permettent de sélectionner un mode de plasticité soit temporel (STDP), soit fréquentiel.

Une nouvelle forme de plasticité synaptique : une tLTP dépendante de l’interaction des systèmes endocannabinoïdes et dopaminergiques, et altérée dans la maladie de Parkinson

4Nous avons décrit pour la première fois l’existence d’une LTP de type STDP dépendante des endocannabinoïdes et induite par un faible nombre de stimulations (5-10), qu’on trouve dans des situations dites d’apprentissage rapide. Cette LTP dépend de l’activation des récepteurs CB1 et D2 présynaptiques. Nous avons observé que cette LTP est altérée dans un modèle rongeur de la maladie de Parkinson (lésion à la 6-OHDA) et peut être restaurée par un traitement à la L-Dopa. Nous avons utilisé l’optogénétique pour manipuler le système dopaminergique. Cette nouvelle forme de plasticité étend considérablement les possibilités de codage que les neurones ont à leur disposition. Cette étude est réalisée en collaboration avec des modélisateurs (H. Berry, INRIA, Lyon ; B. Delord et S. Genet, ISIR, UPMC, Paris). De plus, grâce à des souris transgéniques (système iDTR exprimé spécifiquement dans des sous-populations neuronales), nous venons de montrer que cette LTP dépend de l’activation des récepteurs D2 localisés sur les afférentes corticales.

STDP cortico-striatale et thalamo-striatale

5Dans le but de comparer les propriétés des deux entrées (cortex et thalamus) du striatum, nous étudions la transmission synaptique et la STDP des synapses thalamo-striatales. En effet, nous avons extensivement caractérisé la STDP cortico-striatale au niveau des MSN et des interneurones (voir revues : Fino et Venance, 2010 ; 2011). Nous sommes donc dans une situation privilégiée pour caractériser la STDP thalamo-striatale. Nous caractérisons la STDP thalamo-striatale grâce à l’activation électrique et optogénétique des afférences thalamiques. Nous observons une STDP hebienne thalamo-striatale, avec donc une polarité inverse de celle cortico-striatale. Nous explorons les voies de signalisations impliquées dans la mise en place de la STDP thalamo-striatale.

Le milieu enrichi permet une STDP bidirectionnelle : une étude de STDP in vivo

6Nous avons montré qu’in vivo, grâce à des enregistrements en intracellulaire (sharp electrode) de très longue durée (60-90 minutes) jamais réalisés dans ce contexte, la STDP chez un rat anesthésié était unidirectionnelle (dominance de la LTD). Cependant, le rat placé dans un milieu enrichi pendant 2 mois montre alors une STDP bidirectionnelle (LTP et LTD) – cette propriété étant fortement modulée par le statut d’anesthésie (profonde vs légère).

Publications

7Cui Y., Paillé V., Xu H., Genet S., Delord B., Fino E., Berry H. et Venance L., « Endocannabinoids mediate bidirectional striatal spike-timing-dependent plasticity », The Journal of Physiology, 593(13), juillet 2015, 2833-2849, DOI : 10.1113/JP270324.

Eddine R., Valverde S., Tolu S., Dautan D., Hay A., Morel C., Cui Y., Lambolez B., Venance L., Marti F. et Faure P., « A concurrent excitation and inhibition of dopaminergic subpopulations in response to nicotine », Scientific Reports, 5, 2015, 8184,DOI : 10.1038/srep08184.

Ferreira S.G., Gonçalves F.Q., Marques J.M., Tomé Â.R., Rodrigues R.J., Nunes-Correia I., Ledent C., Harkany T., Venance L., Cunha R.A. et Köfalvi A., « Presynaptic adenosine A2A receptors dampen cannabinoid CB1 receptor-mediated inhibition of corticostriatal glutamatergic transmission », British Journal of Pharmacology, 172(4), février 2015, 1074-1086, DOI : 10.1111/bph.12970.

Vandecasteele M., Varga V., Berényi A., Papp E., Barthó P., Venance L., Freund T.F. et Buzsáki G., « Optogenetic activation of septal cholinergic neurons suppresses sharp wave ripples and enhances theta oscillations in the hippocampus », Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 111(37), septembre 2014, 13535-13540, DOI : 10.1073/pnas.1411233111.

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Pour citer cet article

Référence papier

Annuaire du Collège de France 2014-2015. Résumé des cours et travaux 115e année, Paris, Collège de France, novembre 2016, p. 913-916. ISBN 978-2-7226-0453-7

Référence électronique

Laurent Venance, « Dynamique et physiopathologie des réseaux neuronaux », L’annuaire du Collège de France [En ligne], 115 | 2016, mis en ligne le 22 juin 2018, consulté le 16 décembre 2018. URL : http://journals.openedition.org/annuaire-cdf/12639

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Auteur

Laurent Venance

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Droits d’auteur

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