Un microscope à feuille de lumière pour étudier les réseaux neuronaux
Mise à jour de la page : le 19/11/2020
Porteur du projet : Sandrine HUMBERT – Grenoble-Institut des neurosciences (GIN) – Inserm U1216 – Université Grenoble Alpes
Titre du projet : « Réseaux neuronaux normaux et pathologiques: du développement à l’âge adulte.»
Equipement financé grâce à l’opération Rotary-Espoir en Tête 2018 et sélectionné par le Conseil scientifique de la FRC : un Ultramicroscope II (LaVision Biotec) pour un montant de 172 084 €.
Description du projet et de l’équipement
Différentes approches telles que l’électrophysiologie et l’IRM sont d’utilisation courante pour les recherches en neurosciences. Plus récemment, une nouvelle technique, la transparisation suivie d’imagerie par microscopie à feuillet de lumière (ci-après appelée transparisation/LSFM), permet de compléter ces approches en donnant des informations spécifiques sur une protéine ou une fibre neuronale après son marquage par un anticorps ou un colorant dans le tissu cérébral. La transparisation/LSFM permet en effet la visualisation en 3 dimensions (3D) de projections neuronales préalablement marquées dans des cerveaux rendus optiquement transparents. Grâce à cette technique, il devient aisé de visualiser des prolongements axonaux dont l’extension déborde le champ en 2 dimensions et qui, de ce fait, étaient, jusqu’alors, très difficiles à observer par les méthodes conventionnelles.
L’acquisition d’un microscope à feuille de lumière au sein de l’Institut des Neurosciences de Grenoble (GIN) permettra l’avancée de travaux consistant à analyser des réseaux neuronaux dans des conditions normales et pathologiques grâce à la méthode de transparisation/LSFM. Les chercheurs étudieront notamment les circuits neuronaux dans des modèles murins de la maladie de Huntington et de troubles psychiatriques ainsi que l’évolution de la connectivité neuronale lors de la régénération axonale après une lésion du système nerveux central. Visualiser les différentes structures, les réseaux neuronaux et leurs connexions dans un cerveau entier de rongeur ne nécessitera qu’une à deux heures avec cette nouvelle technique de transparisation/LSFM alors qu’il fallait plusieurs jours avec les autres techniques jusqu’à présent disponibles au GIN. L’arrivée du microscope à feuille de lumière constitue donc un atour majeur pour les équipes du GIN. D’autant que la transparisation/LSFM permet le suivi de réseaux neuronaux dans les 3 dimensions, performance qui restait quasi inaccessible par les autres approches.
« Ultramicroscope à feuille de lumière »
Etat d’avancement des projets de recherche
Les chercheurs de l’équipe de Sandrine Humbert s’intéresse plus particulièrement à la maladie de Huntington, une maladie neurodégénérative dont les manifestations chez l’adulte sont causées par la mutation de la protéine huntingtine (HTT). Malgré le fait que cette maladie se manifeste généralement à l’âge adulte, l’équipe a montré des anomalies du développement du cerveau chez les porteurs d’une mutation conduisant à cette pathologie. Dans ce contexte, ces chercheurs étudient actuellement la mise en place des connexions du cortex vers d’autres régions cérébrales (cortico-corticale : cortex-cortex, cortico-spinale : cortex-moelle épinière, et cortico-striatale : cortex-striatum) afin de déterminer comment les altérations des fonctions normales de la huntingtine pendant le développement peuvent contribuer à la progression de cette maladie.
Cette première année a surtout permis de mettre au point les protocoles permettant de transpariser les cerveaux des modèles expérimentaux de façon optimale et de marquer les tracts neuronaux d’intérêt. Les chercheurs mettent actuellement l’effort sur les analyses des données obtenues afin de comparer des cerveaux contrôles et des cerveaux pathologiques de modèles murins de la maladie de Huntington.
Crédit photo : Jean-Christophe Deloulme.
- Cerveau transparisé, marqué avec un anticorps anti-plexine D1 et imagé avec le microscope à feuille de lumière.
- La segmentation réalisée à partir de l’image (A) en utilisant le logiciel Imaris permet de reconstituer les tracts neuronaux.
- Reconstruction en trois dimensions des circuits neuronaux.
En bleu : le corps calleux ; en rouge : la partie post-commissurale du fornix ; en jaune : la commissure antérieure ; en vert : le tract cortico-spinal. Barre d’échelle : 300 μm
Une étudiante en thèse et un chargé de recherche démarrent aussi à temps plein de nouveaux projets qui reposent sur l’utilisation de méthodes de transparisation du cerveau associées à de la microscopie à feuille de lumière. Il s’agira 1) d’analyser la mise en place de la connexion cortico-spinale en condition normale et pathologique dans la maladie de Huntington; et 2) d’optimiser les méthodes de transparisation sur des cerveaux adultes (ainsi que l’imagerie et les analyses associées).
Les équipes utilisatrices
Depuis la mise en service de l’équipement en février 2019, 5 équipes du GIN (Grenoble Institut des Neurosciences) ont déjà pu commencer à mener leurs projets à bien grâce à cet ultramicroscope :
- L’équipe de Sandrine HUMBERT – « Progéniteurs neuraux et pathologies cérébrales »
- L’équipe d’Annie ANDRIEUX – « Physiopathologies du Cytosquelette »
- L’équipe de Frédéric SAUDOU – « Dynamiques intracellulaires et neurodégénérescence »
- L’équipe d’Homaira NAWABI – « Système nerveux central : du développement à la régénération »
- L’équipe d’Emmanuel BARBIER – « Neuroimagerie Fonctionnelle et Perfusion Cérébrale »
De plus, une équipe collaboratrice du CEA de Grenoble et une équipe de l’IAB (Institute for Advanced Biosciences) de Grenoble ont également pu commencer à utiliser ce matériel :
- L’équipe de Marie-Odile FAUVARQUE – « Génétique & Chemogénomique » – CEA
- L’équipe de Pierre HAINAUT – « Tumor Molecular Pathology and Biomarkers » – IAB
L’équipement est aussi réservable à travers l’outil de gestion de la plateforme par tous les personnels formés à son utilisation.
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Crédit photo : © Inserm/Saoudi, Yasmina
Portrait de Sandrine HUMBERT
Sandrine Humbert, Directrice de Recherche INSERM, anime l’équipe de recherche « Progéniteurs neuraux et pathologies cérébrales » au GIN, Grenoble Institut des Neurosciences. Ingénieure de formation et titulaire d’un doctorat en biologie moléculaire, Sandrine Humbert s’intéresse au développement du cerveau et aux processus neurodégénératifs dans le contexte de la maladie de Huntington, une maladie neurologique rare. Son équipe combine des approches cellulaires et l’analyse de modèles murins afin d’établir les fonctions normales de la huntingtine, la protéine mutée dans cette pathologie, pendant la génération des neurones au cours du développement et à l’âge adulte.
Témoignage
« Merci du soutien pour nos recherches. L’acquisition de matériel est incontournable pour que nos équipes restent compétitives internationalement; or les sources de financements pour de tel(s) matériel(s) sont malheureusement extrêmement limitées. » – Sandrine HUMBERT
Le centre de recherche
Le matériel a été installé au centre d’imagerie photonique (PIC) du GIN – une plateforme disposant de plusieurs autres types de microscopes. L’encadrement technique y est assuré par des ingénieurs, qui veillent à l’utilisation optimale des équipements. Comme le PIC est utilisé à la fois par les équipes du GIN et par des collaborateurs externes, c’est en fait l’ensemble des équipes concernées dans la région de Grenoble qui disposent de ce matériel très performant pour leurs recherches en neurosciences.
