Morphologie ultrastructurale de l'astrocyte

par Lucas Benoit

Projet de thèse en Neurosciences - Neurobiologie

Sous la direction de Karine Pernet-gallay.

Thèses en préparation à Grenoble Alpes , dans le cadre de École doctorale chimie et science du vivant (Grenoble) , en partenariat avec Grenoble Institut des Neurosciences (laboratoire) depuis le 01-01-2019 .


  • Résumé

    Les astrocytes sont engagés dans des communications bidirectionnelles avec les neurones et modulent les fonctions synaptiques et de circuit. La libération de neurotransmetteurs pendant l'activité synaptique peut activer les récepteurs des processus astrocytaires et induire des signaux de Ca2 + dans les astrocytes. Ces signaux peuvent, à leur tour, déclencher une réponse active des astrocytes, par ex. via la libération de gliotransmetteur dépendante de Ca2 +. Le langage clé de la communication astrocytaire repose donc sur les modifications de la concentration intracellulaire en Ca2 +. De plus, le groupe de prof. Volterra a montré qu'une grande partie de l'activité globale de Ca2 + dans un astrocyte 3D est compartimentée et se produit principalement dans des micro-domaines situés à l'interface des synapses et des vaisseaux sanguins pouvant représenter des unités de communication élémentaires de l'astrocyte. Ce qui définit ces propriétés de «domaine local» est inconnu. Aucune caractéristique morphologique évidente les rendant reconnaissables puisque des compartiments structurels définis ont été décrits jusqu'à présent. Un obstacle à cela est la mauvaise préservation de l'ultrastructure des astrocytes lors de procédures de fixation chimique standard par EM. Par conséquent, il reste à déterminer si les astrocytes ont des domaines de communication spécialisés et limités avec des organites spécifiques et des complexes de signalisation moléculaires qui correspondent aux domaines Ca2 + élémentaires. Le but de ce travail est, d'une part, de déchiffrer les corrélats morphologiques et moléculaires qui sous-tendent le compartimentage du signal calcique et les propriétés de communication des astrocytes et, d'autre part, de mettre en évidence la réorganisation morphologique et moléculaire subie par les astrocytes dans des conditions pathologiques, notamment un modèle murin transgénique de la maladie d'Alzheimer. À cette fin, nous allons d'abord mettre au point une méthodologie pour mieux préserver l'ultrastructure des astrocytes et réaliser des mesures 3D morphologiques quantitatives à l'aide de la microscopie électronique à faisceau ionique / balayage focalisé (FIB / SEM) et d'un logiciel libre pour l'analyse d'images, la segmentation et le rendu 3D. Ensuite, nous établirons un nouveau protocole pour localiser les protéines en microscopie électronique 3D, en utilisant des virus exprimant des protéines étiquetées avec un marqueur peroxydase ou en pré-intégrant des protocoles d'immuno-marquage. Les protéines de signalisation astrocytiques devant être localisées au niveau ultrastructural incluent les transporteurs vésiculaires de glutamate, les protéines SNARE, les protéines associées à la signalisation de Ca2 + et les GPCR.

  • Titre traduit

    Ultrastructural morphology of the astrocyte


  • Résumé

    Astrocytes are engaged in bidirectional communications with neurons and modulate synaptic and circuit functions. Release of neurotransmitters during synaptic activity can activate receptors on astrocytic processes and induce Ca2+ signals in astrocytes. These signals can, in turn, start an active response of the astrocytes, e.g. via Ca2+-dependent gliotransmitter release. The key language of astrocyte communication thus lays on changes in the intracellular Ca2+ concentration. Moreover, the group of prof. Volterra has shown that large part of the overall Ca2+ activity in a 3D astrocyte is compartmented and occurs mainly in micro-domains at the interface with synapses and blood vessels that could represent elementary communication units of the astrocyte. What defines these “local domain” properties is unknown. No obvious morphological characteristics making them recognizable as defined structural compartments have been described so far. One obstacle to this is the poor preservation of the astrocyte ultrastructure upon standard chemical fixation EM procedures. Therefore, whether astrocytes have specialized and restricted communication domains with specific organelles and molecular signalling complexes that match elementary Ca2+ domains remains to be established. The aim of this work is, on the one hand, to decipher the morphological and molecular correlates that underlie calcium signal compartmentalization and astrocyte communication properties and, on the other, to pinpoint the morphological and molecular reorganisation that astrocytes undergo in pathological conditions, notably in a transgenic mouse model of Alzheimer's disease. For this purpose, we will first set up a methodology to better preserve the astrocyte ultrastructure and achieve quantitative morphological 3D measurements by using Focussed Ion Beam/Scanning electron microscopy (FIB/SEM) and open source software for image analysis, segmentation and 3D rendering. Then, we will establish a novel protocol to localize proteins in 3D electron microscopy, by using viruses expressing proteins tagged with a peroxidase marker or by pre-embedding immuno-labelling protocols. Astrocytic signalling proteins to be localized at the ultrastructural level include vesicular glutamate transporters, SNARE proteins, Ca2+ signalling-related proteins and GPCRs.