L'assemblage de la couche I du neocortex: roles des cellules neuronales et immunitaires

par Ioana Genescu

Projet de thèse en Biologie cellulaire

Sous la direction de Sonia Garel.

Thèses en préparation à Paris Sciences et Lettres , dans le cadre de Complexité du vivant , en partenariat avec Institut de Biologie de l'École Normale Supérieure (laboratoire) et de Ecole normale supérieure (établissement de préparation de la thèse) depuis le 01-09-2016 .


  • Résumé

    Le néocortex contrôle la perception sensorielle, le comportement moteur et les fonctions cognitives, par des circuits complexes organisés en six couches. La couche superficielle 1 est un site majeur d'intégration de l'information et contient majoritairement des projections axonales, les dendrites des neurones corticaux et un nombre limité d'interneurones, qui ont un rôle clé dans la balance excitation/inhibition. Cette couche superficielle a aussi un rôle majeur durant la période embryonnaire, car : i) elle contient des neurones transitoires, les cellules Cajal-Retzius, qui coordonnent la formation des réseaux neuronaux dans les 5 couches sous-jacentes pendant le développement. ii) elle est un hub de migration d'interneurones. iii) dans le développement elle est progressivement colonisée par les microglies, les cellules immunitaires du cerveau, qui ont montré avoir un rôle important dans la modulation des réseaux neuronaux. Malgré le rôle très important de la couche 1 du cortex chez l'adulte mais aussi dans la période embryonnaire, comment cette première couche du cerveau se forme durant le développement reste encore méconnu. Dans ce projet, en utilisant des outils génétiques et d'imagerie de pointe, on va investiguer comment l'activité neuronale et les cellules immunitaires modulent la formation de la couche 1 dans la période embryonnaire. Plus précisément, on s'intéresse à savoir quel est: i) le rôle de l'activité neuronale dans la migration des cellules Cajal-Retzius et leur positionnement dans la couche 1 ii) l'impact des modulations dans l'activité des cellules Cajal-Retzius sur la formation des circuits dans la couche 1, iii) le rôle des microglies dans la modulation de la migration des cellules Cajal-Retzius et de la formation de la couche 1. Ainsi, cette étude va montrer comment une population transitoire des neurones et les cellules immunitaires du cerveau régulent la connectivité d'une couche essentielle mais peu étudiée du néocortex.

  • Titre traduit

    Assembling layer I of the neocortex: roles of neuronal and immune cells


  • Résumé

    The neocortex, which controls sensory perception, motor behaviors and cognitive functions, relies on complex circuits that are organized into 6 layers. The superficial layer 1 is a major site for input integration and mostly contains incoming axonal projections, dendrites of cortical neurons and a limited number of interneurons, which are key for the excitation/inhibition balance. This superficial layer also plays a major role during embryogenesis as it contains transient Cajal-Retzius (CR) neurons that shape underlying cortical circuits and constitutes a migration hub for interneurons that colonize the neocortex. In spite of its key importance in both the developing and adult brain, how layer 1 forms during corticogenesis remains largely unknown. We have recently shown that CR cells redistribute during development via an activity-dependent process, thereby regulating interneuron migration as well as axonal and dendritic outgrowth in layer 1 (De Frutos et al., submitted, collaboration with Alessandra Pierani). However, when and how neuronal activity impacts on CR cell migration and on layer 1 circuits formation remains largely to be explored. In parallel, we have found that during embryonic development, layer 1 is progressively invaded by microglia, the brain resident macrophages, that lie in close contact with CR cells and have been shown to regulate neuronal activity (Squarzoni et al., Cell reports, 2014; collaboration with Florent Ginhoux). In this project, we will take advantage of available mouse lines and state-of-the-art experimental approaches to characterize: i) the roles of neuronal activity in CR cells migration; ii) the impact of CR cells on layer 1 circuit formation; iii) the putative role of microglia on CR cells activity and behavior. To this aim, we will first monitor and manipulate in vivo neuronal activity of CR cells during embryonic and early perinatal stages. We will use available mouse lines that enable the specific expression of genetically encoded calcium-sensors and chemogenetic tools. We will examine the migration of CR cells in static and timelapse analyses, as well as assess the impact on cortical circuits development using histology, immunostaining and viral tracing. In parallel, we will deplete microglia, activate its function via inflammation or perturb its roles by inactivating its key receptor Cx3cr1 to assess its impact on layer 1 formation, including CR cells migration. To this aim, we will perform classical immunostaining and timelapse analyses using two-photon microscopy. Combining these approaches will be instrumental in understanding how transient neuronal populations immune cells regulate the wiring of an essential but understudied layer of the neocortex.