Comprendre la formation et le fonctionnement des réseaux neuronaux
Mise à jour de la page : le 27/01/2023
Porteur du projet : Valérie CASTELLANI – Institut NeuroMyoGène (Lyon)
Titre du projet : « Etude morphologique et fonctionnelle du système nerveux normal et pathologique par la microscopie confocale à feuillet de lumière »
Équipement financé grâce à l’opération Rotary-Espoir en Tête 2017 et sélectionné par le Conseil Scientifique de la FRC : une plateforme technique permettant d’imager rapidement des échantillons de grande taille par clarification et microscopie à feuillet de lumière, pour un montant de 184 000 €.
Description du projet
La perturbation de la formation de circuits neuronaux fonctionnels est une des principales causes de maladies neurodéveloppementales (telles que les troubles du spectre autistique et le retard mental) ou de déficits cognitifs. La compréhension des mécanismes impliqués dans l’établissement et le fonctionnement de ces réseaux neuronaux est donc une question centrale en neurobiologie.
L’étude des circuits neuronaux requiert l’observation de structures extrêmement fines, dans un environnement tissulaire complexe, ce qui représente une barrière technique importante. En effet, dans la plupart des organismes modèles couramment utilisés en neurobiologie, l’observation microscopique de l’architecture cellulaire est fortement limitée par la taille des échantillons et la faible pénétration de la lumière. Ces limites imposent d’avoir recours à des étapes de section des tissus et de préparation des échantillons qui peuvent modifier la structure des tissus et nécessitent l’acquisition de multiples images.
Ce projet a pour but d’établir une plateforme technique permettant d’imager rapidement des échantillons de grande taille, par clarification et microscopie à feuillet de lumière. Le développement récent de ces méthodes, consistant à transpariser un échantillon entier rapidement et en un nombre limité de manipulations, permet d’obtenir rapidement des images microscopiques en 3D et à haute résolution d’échantillons de grande taille (cerveau ou embryon entier), sans recourir à la section des tissus. Grâce à cet équipement, ces chercheurs seront en mesure de développer un programme de recherche collaborative impliquant 5 équipes de l’Institut Neuromyogène, un centre de recherche dédié à l’étude du système nerveux et musculaire.
Le financement demandé servira au développement d’un système complet pour cette plateforme, incluant un microscope confocal à feuillet de lumière équipé d’une lentille macro de haute qualité et d’une chambre adaptée à des échantillons de grande taille, une station de travail pour l’acquisition et l’analyse d’images en 3D, et un serveur pour le stockage des images obtenues. Un tel équipement n’est actuellement pas disponible sur Lyon et permettra aux équipes impliquées dans ce projet de développer de nouvelles approches pour l’étude du développement et des pathologies du système nerveux et du cerveau.
L’équipement
L’équipement a été mis en service en décembre 2018. Une cérémonie d’inauguration commune entre l’Institut Neuromyogène et le Centre de Recherche en Neurosciences de Lyon, également lauréat de cet Appel à Projets Espoir en Tête, a eu lieu en présence de rotariens le 30 avril 2019. Cette inauguration a regroupé environ 70 personnes.
>Photographie du microscope à feuillet de lumière
Les équipes utilisatrices
Trois équipes de l’institut ayant pris part à la demande ont testé et utilisent régulièrement l’équipement (équipe de Julien Courchet, équipe de Jérôme Honnorat, et équipe de Laurent Schaeffer). Une autre équipe de l’institut a également eu l’opportunité de l’utiliser (équipe de Christophe Marcelle). Une équipe extérieure à l’institut l’a aussi testé (équipe d’Angéla Sirigu). Le microscope est bien référencé sur la place de Lyon.
L’utilisation du microscope
Grâce à ce microscope, les chercheurs ont notamment analysé le développement des projections sensorimotrices dans un modèle murin portant une mutation sur un gène de guidage axonal (processus par lequel les axones – prolongements des neurones – sont guidés lors du développement du cerveau), et ils ont pu observé des défauts d’innervation. Cette étude a éclairé sur les mécanismes fondamentaux qui contrôlent les étapes précoces de la formation des circuits neuronaux.
Le microscope est également utilisé pour visualiser la différentiation de neurones greffés dans l’embryon, et comprendre quels signaux environnementaux contrôlent le développement de leurs prolongements axonaux.
Les chercheurs prévoient de poursuivre ces études en cours et d’utiliser le microscope sur un nouveau sujet démarrant, qui porte sur le développement du système nerveux entérique (=lié au système digestif). Ils vont également développer une utilisation du microscope pour un sujet traitant des mécanismes de formation des médulloblastomes, qui sont des cancers dévastateurs du cervelet.
Photographie de la cérémonie d’inauguration
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Photo bannière : neurones et astrocytes, © Inserm/Saoudi, Yasmina/Ballet, Sandrine
Valérie Castellani
Titulaire d’un doctorat en Neurosciences, Valérie Castellani est Directrice de Recherches au CNRS et dirige une équipe à l’Institut NeuroMyoGène de Lyon. Elle est une spécialiste de la biologie du développement. Ses travaux visent à développer une recherche fondamentale axée sur les mécanismes cellulaires et moléculaires qui sous-tendent la génération des neurones, leur migration, et la mise en place de leurs connexions nerveuses. Son équipe explore les dialogues entre les cellules et leur environnement lors de la formation du système nerveux. La caractérisation de ces mécanismes est nécessaire pour comprendre comment leurs dérégulations entraine des pathologies neuro-développementales.
Témoignage de Valérie Castellani
« Un immense merci pour cette action vraiment importante pour nos laboratoires ! J’ai été invitée à plusieurs reprises par différents Rotary clubs pour présenter nos travaux et notre nouvel équipement. J’ai à chaque fois été enchantée de l’intérêt porté à la recherche, qu’elle soit appliquée aux pathologies ou des plus fondamentales. La curiosité, la fascination, et les encouragements manifestés lors de ces rencontres sont extrêmement stimulants et nous montrent à quel point il est également important de porter nos recherches hors de nos laboratoires » – Valérie Castellani
