Structure and dynamism in a central neural circuit in adulthood and postnatal development

par Katherine S. H. Matho

Thèse de doctorat en Neuroscience

Sous la direction de Jean Livet.

Soutenue en 2013

à Paris 6 .

  • Titre traduit

    Structure et dynamisme dans un circuit du système nerveux central chez l'adulte et pendant le développement postnatal


  • Résumé

    Connectivity diagrams provide access to neural circuit function, development and wiring rules. My thesis aims to: 1) develop a method to reconstruct developing / adult central circuitry with synaptic resolution; 2) map connectivity in a central nucleus in order to study synaptic stability / dynamism and understand why previously undescribed axonal convergence events occur. The cochlear nucleus’ projection to the medial nucleus of the trapezoid body (MNTB), where the distinctive calyx of Held synapses form, has a simple structure and giant axons, ideal to map connectivity. In Brainbow transgenic mice, intermingled caliceal axons are distinguished with randomly expressed fluorescent proteins of distinct colors. I developed a system-wide approach based on confocal microscopy imaging and 3D tracing to reconstruct entire MNTBs at a micrometric scale in Brainbow transgenic mice. I mapped in 3D all ~2500 calices of Held synapses at three postnatal ages. Distinct colors among Brainbow-labeled axons allowed unambiguous identification of 2:1 pre- to post-synaptic convergence events in a fraction of MNTB cells, in contrast with the 1:1 ratio described in the literature. The analysis of MNTB connectivity reveals that 2:1 convergence appears in non-random clusters following a density gradient. I also developed new tools for circuit imaging: I generated new transgenes / mouse lines in which tandem Brainbow cassettes with distinct lox sites extend the axonal labeling palette; I pioneered circuit imaging with block-face and multicolor two-photon microscopy for lossless imaging of large brain volumes. These methods offer a solution to large volume high resolution imaging of brain circuits.


  • Résumé

    Cartographier les réseaux neuronaux permet d'étudier leur architecture, sa mise en place lors du développement, et de lier structure et fonction. Ma thèse a eu pour but de: 1) développer des outils pour reconstruire un circuit à l’échelle synaptique chez l’adulte et lors du développement; 2) cartographier un circuit en vue d'étudier stabilité et dynamisme synaptique et d’expliquer la présence d’événements jusqu'alors non décrits de convergence axonale. Je me suis focalisée sur la projection du noyau cochléaire vers le noyau médial du corps trapézoïde (MNTB), modèle idéal de par la grande taille de ses axones et synapses, les calices de Held. J’ai élaboré une approche d’imagerie par microscopie confocale et traçage 3D pour reconstruire le MNTB entier dans les souris Brainbow, qui permettent de distinguer des axones voisins par un marquage neuronal multicolore. A partir de séries d’images multicolores, j’ai cartographié en 3D toutes les ~2500 calices du MNTB à 3 stades postnataux. Bien que la littérature rapporte une situation de contact entre cellules pré- et post-synaptiques d’un ratio 1:1, le marquage Brainbow m’a permis de détecter des convergences 2:1. Mes données révèlent des convergences synaptiques regroupées dans le MNTB, suivant un gradient de densité. Pour améliorer le marquage multicolore, j’ai créé des transgènes et lignées murines dans lesquels des cassettes Brainbow comportant des sites lox distincts sont placées en tandem; j'ai aussi exploré de nouvelles méthodes d’imagerie « block-face » et de microscopie multicolore bi-photonique permettant une imagerie en volume continue d’un tissu. Ces outils offrent une solution pour l'imagerie volumique haute résolution.

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Informations

  • Détails : 1 vol. ([214] p.)
  • Annexes : Bibliogr. p.188-206

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  • Cote : T PARIS 6 2013 409
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