De la polarité planaire à l’anatomie pathologique des photorécepteurs par la Microscopie en expansion

Unravelling photoreceptor planar polarity and pathology using expansion microscopy

• Auteur / Autrice : Anna Verschueren
• Direction : José-Alain Sahel, Serge Picaud
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Neurosciences
• Date : Soutenance le 25/06/2019
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Cerveau, cognition, comportement (Paris)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de la vision (Paris ; 2009-....)
• Jury : Président / Présidente : Aziz El-Amraoui
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Muriel Perron
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Hélène Dollfus, Mireille Montcouquiol

Mots clés

Mots clés contrôlés

Effets de la lumière

Vision

Usher, Syndrome d'

Photorécepteurs (cellules) de la rétine

Effet Stiles-Crawford

Mots clés libres

Photorécepteurs

Effet Stiles Crawford

Syndrome de Usher

Microscopie en expansion

Phototropisme

Microscopie à feuille de lumière

Rétine

Photoreceptors

Stiles Crawford effect

Usher syndrome

Expansion microscopy

Light sheet microscopy

Résumé

L'effet Stiles-Crawford (SCE) est un effet psychophysique, caractérisé par la différence d’intensité perçue entre un faisceau passant par le centre de la pupille (perçu comme plus lumineux) et un faisceau passant par sa périphérie. Son mécanisme physiologique est attribué à un alignement des photorécepteurs vers l'ouverture pupillaire par phototropisme. Nous avons concentré nos recherches sur un complexe protéique pouvant expliquer cet effet : l'interactome des protéines Usher. La fonction de cet interactome dans les photorécepteurs est inconnue. Nous proposons ici qu'à l'instar de son rôle dans les cellules ciliées d'audition, il pourrait jouer un rôle mécanique dans les cônes. Nous avons utilisé la microscopie à expansion comme technique de super-résolution pour étudier la distribution 3D détaillée des protéines du syndrome de Usher et du cytosquelette dans les photorécepteurs de primates. Nous avons montré que ce réseau protéique peut expliquer le maintien de l'alignement des compartiments d’un cône malgré les contraintes mécaniques voire un alignement actif par déformation du réseau d’actine. Nous avons de plus découvert que les cônes suivent une polarité planaire dans la rétine centrée autour de la fovéa. Cette orientation spécifique pourrait contribuer au phototropisme associé au SCE. Pour permettre l’observation future de cet alignement à l’échelle de la rétine entière, nous avons utilisé la microscopie à expansion pour améliorer la résolution de la microscopie en feuille de lumière. Ce couplage de techniques nous a permis de développer un nouvel outil inestimable pour l'observation immunohistochimique normale et pathologique de la rétine entière.

The Stiles-Crawford effect (SCE) is a psychophysical effect, stating that the intensity of a light beam will be perceived as more intense if it passes through the center of the pupil rather than through its periphery. Its physiological basis has been attributed to an alignment of photoreceptors toward the pupillary aperture through an active phototropism. We focused our investigation on a candidate protein complex to underlie that effect: the Usher protein interactome. Its function in photoreceptors is unknown but we here propose that, similarly to its role in audition hair cells, it could play a mechanical role in cones. We used Expansion microscopy as a super-resolution technique to investigate Usher and cytoskeleton protein detailed 3D distribution in primate photoreceptors. We showed that this protein network can explain the maintained alignment of the inner in cone despite external mechanical stress. Seeing the asymmetry of photoreceptor, we discovered that cones follow a planar cellular polarity in the retina centered around the fovea. This organisation may likely play a role in the photoreceptors orientation and alignment. It could contribute to the phototropism associated to the SCE with actin filaments acting as push-pull strings on the inner/outer segments. To observe the whole photoreceptor mosaic, we implemented expansion microscopy as a resolution enhancer to light-sheet microscopy. This allows us to developed a useful tool for normal and pathological immunohistochemistry observation of the whole retina.