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Etude des mécanismes neurologiques de la fuite chez les larves de poisson zèbre

Fuir est un mécanisme naturel qui permet aux organismes d’échapper à un danger réel ou supposé. Ces mécanismes sont altérés chez des malades atteints de pathologies neurologiques comme la schizophrénie, l’autisme ou l’épilepsie. L’équipe de Filippo Del Bene a réussi à modéliser les circuits neuronaux impliqués dans la transmission des informations visuelles générant les mécanismes de fuite chez la larve de poisson. 

Etude des mécanismes neurologiques de la fuite chez les larves de poisson zèbre

L’équipe Développement des circuits neuronaux (Inserm/CNRS/Institut Curie) a utilisé des outils alliant l’optique à la génétique. Ils ont observé des larves de poissons zèbres, un modèle animal simple et transparent lors de son développement embryonnaire. Leurs découvertes viennent d’être publiées dans la prestigieuse revue Neuron.

Dans un premier temps, les réponses comportementales des larves face à des stimuli visuels simulant un prédateur à l’approche ont été analysées. En projetant un point sur un écran à côté du poisson, les chercheurs ont pu suivre de près leur réaction. Ils ont ainsi démontré par observation que leur sens visuel déclenche des processus de fuites similaires à ceux provoqués par le toucher. Lorsque le danger s’approche d’un côté, le poisson nage pour prendre la fuite dans la direction opposée. Ils ont ainsi déterminé de manière précise le seuil critique à partir duquel, en fonction de sa taille et de sa vitesse, un stimulus sera interprété comme un danger.

Microscopes biphotoniques

Dans un deuxième temps, les larves de poisson ont été immobilisées et leur activité neuronale observée grâce à des microscopes bi-photoniques utilisés pour une analyse optogénétique. L’équipe avait acquis ce type de matériel de dernière génération en 2014, un outil idéal pour étudier la communication entre des réseaux neuronaux grâce à l’activation de neurones de façon ciblée. En effet, une fois activé, un neurone augmente sa concentration de calcium. Celui-ci devient alors fluorescent et donc visible sous microscope. C’est en utilisant cette technique que les biologistes ont pu identifier les neurones dans la rétine et le tectum (une zone du cerveau directement connectée à la rétine) impliqués dans le traitement du signal de l’information visuelle et le type d’activité qu’ils émettent. Ils ont ainsi démontré que deux types de neurones interviennent. Les premiers, situés dans le tectum, inhibent alors que les seconds, localisés dans la rétine jouent un rôle de stimulateur. La fuite intervient lorsque l’activité coordonnée de ces deux populations de neurones s’effectue et stimule un troisième groupe de neurones localisés dans le tectum du poisson, eux-mêmes responsables du déclenchement du mouvement locomoteur. Les paramètres du stimulus nécessaire à la provocation d’une fuite ont été déterminés dans la première expérience, lorsque la larve est libre de ses mouvements. Un stimulus insuffisant provoque une activité plus importante des neurones du tectum ce qui a pour conséquence d’inhiber la réaction de fuite.

Perspectives

L’équipe financée par le Labex DEEP est parvenue à comprendre en détails les mécanismes du signal de fuite chez des animaux sains. La prochaine étape sera donc d’étudier le cas de modèles malades/mutants pour observer les différences.

Cette publication est le résultat d’une collaboration franco-américaine. Le premier auteur, Timothy W. Dunn a bénéficié du programme "Graduate Research Opportunities Worldwide" (GROW) qui permet à des doctorants de profiter des partenariats développés par la National Science Foundation » (NSF) américaine avec des partenaires étrangers comme l’Institut Curie.  

En savoir plus

L’optogénétique pour cartographier l’activité des neurones

L’équipe de Filippo Del Bene

L’article dans la revue Neuron 

Mathilde Regnault
11/02/2016