Analyse morphométrique et modélisation d'épines des dendrites basales de neurones pyramidaux des couches 2-3 du cortex somato-sensoriel : une étude en microscopie corrélative optique-électronique

Résumé

Les épines dendritiques reçoivent la majorité des contacts synaptiques excitateurs dans le cortex, et leur morphologie module la compartimentation des signaux synaptiques. L’objectif de ma thèse a été de développer une approche de microscopie corrélative optique-électronique (CLEM) qui permette de quantifier les paramètres morphologiques d’épines dendritiques identifiées in vivo. J’ai utilisé la CLEM pour caractériser l’ultrastructure d’épines portées par les dendrites basales de neurones identifiés. Les mesures ont été utilisées pour paramétrer un modèle de l’intégration dendritique qui prenne en compte la diversité morphologique des épines. Ce modèle nous a permis de quantifier la proportion d’épines qui compartimentent effectivement les signaux électriques, et d’aborder la fonction des épines dites doublement innervées, qui reçoivent un contact inhibiteur dont le rôle demeure incompris. Notre modèle fournit un mécanisme de signalisation spécifique des épines doublement innervées, où le signal inhibiteur atténue l’influx calcique produit dans l’épine par le signal excitateur sans amortir sa composante électrique, en fonction de l’intervalle entre ces deux signaux synaptiques, ce qui peut influencer la plasticité synaptique.

mots clés

Titre traduit

Morphometric analysis and modeling of spines on basal dendrites of pyramidal neurons in layers 2-3 of the somato-sensory cortex : a correlative light-electron microscopy study
Résumé

Dendritic spines receive most excitatory synaptic contacts in the cortex, and spine morphology shapes the compartmentalization of synaptic signals. The aim of my thesis has been to develop a correlative light-electron microscopy (CLEM) approach in order to quantify the morphological parameters of identified dendritic spines in intact cortical circuits. I used CLEM to characterize spine ultrastructure along basal dendrites of identified neurons. These measurements were used to constrain a model of dendritic integration. Our model enabled quantifying which proportion of reconstructed spines effectively compartmentalized electrical signals, and we used it to approach the function of a subset of spines that harbour a supernumerary inhibitory contact, the role of which is yet unknown. Our modeling effort unveils a signaling mechanism, prominent in dually-innervated spines, by which an inhibitory signal can attenuate the calcium influx generated in the spine head by an excitatory signal, while depolarization amplitude is unabated, which potentially impacts synaptic plasticity.