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Iris Salecker

Assemblage de circuits visuels

Contexte

Le cerveau dans toute sa complexité continue de nous fasciner. Il est essentiel pour tous les aspects de notre vie. Il nous permet d’interpréter les information sensorielles et d’effectuer des actions et des comportements divers. Il contient une immense richesse de différents sous-types de neurones qui sont inséparables d’une autre population de cellules dans le cerveau, la glie. Les branches des cellules neuronales et gliales s’organisent avec précision dans des réseaux délicats et complexes. Cette précision est indispensable au bon fonctionnement du cerveau adulte. Mais comment cette architecture complexe est-elle élaborée ? Comment les cellules neuronales et gliales sont-elles générées, acquièrent-elles leur identité et leur morphologie distincte, et s’assemblent-elles finalement dans un réseau d’une étonnante spécificité ?
Pour répondre à ces questions, notre laboratoire étudie le développement du système visuel de la mouche drosophile, Drosophila melanogaster. L’organisation en colonnes et strates interconnectées est un aspect fondamental et conservé de l’architecture des réseaux neuronaux visuels. Les colonnes synaptiques représentent un ensemble de canaux qui perçoivent l’information pour chaque position dans le champ visuel. Par contre les strates synaptiques extraient diverses informations spécifiques pour chaque point dans l’espace, telles que le mouvement ou la couleur. L’objectif principal de notre équipe est l’élucidation des mécanismes cellulaires et moléculaires par lesquels les interactions entre les neurones ou les neurones et les cellules gliales façonnent la connectivité stratifiée et colonnaire du système visuel dans l’espace et le temps. Dans ce but, nos projets adoptent une stratégie multidisciplinaire et combinent des méthodes de biologie moléculaire, génétique, microscopie confocale et électronique, transcriptomique et spectrométrie de masse.
Nos découvertes dans le système visuel des mouches nous permettent d’approfondir nos connaissances sur le développement du cerveau en général. L’identification détaillée de ces mécanismes conduira à une meilleure compréhension des causes génétiques des maladies du neurodéveloppement et de la neurodégénérescence.

Résultats marquants

La rétine de la drosophile a une structure quasi-cristalline. Elle est composée d’environ 750 ommatidies, contenant chacune 8 cellules photoréceptrices (nommées R1-R8). Elles projettent leurs axones dans le lobe optique, qui est subdivisé dans quatre régions, appelées lamina, medulla, lobula plate et lobula. Ces quatre ganglions contiennent divers sous-types neuronaux et gliaux. Ils sont arrangés en mini-circuits colonnaires réitérés qui, ensemble, forment une carte rétinotopique. Les ganglions de la medulla, lobula plate et lobula sont en plus organisés en strates synaptiques perpendiculaires. Le système visuel des mouches est assemblé en une série d’étapes interdépendantes pendant les stades larvaire et pupal. En suivant le développement progressif et les interactions des sous-types de neurones et cellules gliales spécifiques de leur naissance jusqu’à la formation de leurs branches, notre équipe a contribué à l’élucidation des mécanismes fondamentaux qui contrôlent les différentes étapes de l’assemblage du système visuel, de la neuro- et gliogènese, à la spécification cellulaire et enfin à la formation des circuits neuronaux.
Notre recherche utilise des méthodes génétiques qui nous permettent de manipuler et visualiser des sous-types de neurones et cellules gliales avec une grande précision. Par exemple, inspiré par les stratégies pionnières de Brainbow chez la souris, nous avons développé un outil génétique nommé Flybow permettant le marquage multicolore des cellules de la drosophile (Hadjieconomou et al., 2011).
En étudiant le développement des circuits visuels d’une perspective neuronale, notre équipe a découvert un rôle inattendu pour les nétrines. Bien que ces ligands de guidage soient sécrétés par des neurones intermédiaires, ils sont localisés dans une seule strate de la medulla. Ils permettent aux axones des photorécepteurs R8, qui expriment le récepteur Frazzled/Deleted in Colorectal cancer (DCC)/Unc-40, de reconnaître et de s’arrêter spécifiquement dans cette couche (Timofeev et al., 2012). En explorant le développement des neurones T4/T5 dans la lobula plate, qui répondent sélectivement à la direction du mouvement, nous avons identifié un nouveau mode de neurogènese chez la drosophile, qui inclut des progéniteurs migratoires et deux étapes de spécification des cellules souches neuronales. Ensuite nos études ont élucidé les mécanismes qui déterminent les identités de ces neurones dans le neuroépithélium et en conséquence la strate spécifique qu’ils innervent (Apitz and Salecker, 2015, 2016, 2018).
Explorant la formation des circuits visuels d’une perspective gliale, nous avons récemment établi les astrocytes de la medulla comme modèle pour étudier les mécanismes génétiques qui contrôlent la morphogenèse des branches gliales. Nous avons identifié un nouveau rôle pour la protéine transmembranaire Leucine-rich repeat (LRR) Lapsyn dans cette étape importante du développement glial.
L’ensemble de ces études constitue la base de notre programme de recherche conduit au sein de l’IBENS.

Apitz, H., and Salecker, I. (2018) Spatio-temporal relays control layer identity of direction-selective neuron subtypes in Drosophila. Nature Communications 9, 2295. doi.org/10.1038/s41467-018-04592-z

Richier, B., de Miguel Vijandi, C., Mackenzen, S., and Salecker, I. (2017) Lapsyn controls branch extension and positioning of astrocyte-like glia in the Drosophila optic lobe. Nature Communications 8, 317.
doi.org/10.1038/s41467-017-00384-z

Apitz, H., and Salecker, I. (2016) Retinal determination genes coordinate neuroepithelial specification and neurogenesis modes in the Drosophila optic lobe. Development 143, 2431-2442.
doi.org/10.1242/dev.135004

Apitz, H., and Salecker, I. (2015) A region-specific neurogenesis mode requires migratory progenitors in the Drosophila visual system. Nature Neuroscience 18, 46-55.
doi.org/10.1038/nn.3896

Timofeev, K., Joly, W., Hadjieconomou, D., and Salecker, I. (2012) Localized Netrins act as positional cues to control layer-specific targeting of photoreceptor axons in Drosophila. Neuron 75, 80-93.
doi.org/10.1016/j.neuron.2012.04.037

Hadjieconomou, D., Rotkopf, S., Alexandre, C., Bell, D.M., Dickson, B.J. and Salecker, I. (2011) Flybow : genetic multicolor cell-labeling for neural circuit analysis in Drosophila melanogaster. Nature Methods 8, 260-266.
doi.org/10.1038/nmeth.1567