Équipe Julien Bouvier

Circuits neuronaux et contrôle moteur

En bref

Nos recherches visent à décrypter les circuits neuronaux qui contrôlent les mouvements et assurent leur adaptabilité. Nous nous intéressons en particulier à l’activité locomotrice – la marche – et à la respiration, deux comportements vitaux dont les principes fondamentaux sont bien conservés entre espèces. Nos projets actuels visent à identifier les neurones et connectivité qui permettent à la respiration et la marche de s’adapter dynamiquement à des changements internes ou externes, comme le passage du repos à l’exercice ou pendant des ajustements posturaux ou de direction. Nous développons une stratégie multidisciplinaire combinant traçages neuro-anatomiques viraux, génétique chez la souris, et investigations fonctionnelles par électrophysiologie, optogénétique et analyses du comportement.

Pour comprendre les maladies liées au cerveau, nous devons comprendre le fonctionnement des différents réseaux neuronaux qui génèrent des fonctions cérébrales normales. Cela nécessite de déchiffrer les identités des cellules exécutant la fonction localement, ainsi que celle des cellules se trouvant en amont pour en réguler la manifestation. L’équipe aborde cette question sur les comportements moteurs de la respiration et de la marche. Dans ces systèmes, les outils de la biologie du développement sont de plus en plus utilisés pour manipuler (pour tracer, enregistrer, éliminier ou modifier la connectivité ou l’activité) des sous-types neuronaux sur la base de leur histoire commune d’expression de gènes de développement spécifiques. Cela débloque progressivement l’accès à des types cellulaires homogènes, bien qu’intégrés dans des architectures complexes. En combinaison avec des investigations fonctionnelles ex-vivo et in vivo, cela a conduit à des progrès rapides dans l’identification, dans les circuits exécutifs de la marche ou la respiration (souvent appelés CPG pour Central Pattern Generator) de sous-types d’interneurones avec des fonctions dédiées. En revanche, l’architecture neuronale qui se tient en amont des CPG et conditionne et module leur activité reste mal connue. Nous explorons cette question à travers deux projets parallèles qui touchent tous deux aux rôles coopératifs de petits contingents de neurones du tronc cérébral et de la moelle épinière dans l’élaboration de comportements respiratoires et locomoteurs adaptatifs.

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Publications choisies

  • Usseglio G, Gatier E, Heuzé A, Hérent C, Bouvier J. Control of orienting movements and locomotion by projection-defined subsets of brainstem V2a neurons. Current Biology, 2020. https://doi.org/10.1016/j.cub.2020.09.014. Open-access full text.
  • Schwenkgrub J, Harrell ER, Bathellier B, Bouvier J. Deep imaging in the brainstem reveals functional heterogeneity in V2a neurons controlling locomotion. Science Advances, 2020 Dec 4;6(49):eabc6309. Open-access full text or download pdf.
  • Hérent C, Diem S, Fortin G, Bouvier J. Absent phasing of respiratory and locomotor rhythms in running mice. eLife, 2020. Dec 1;9:e61919. doi: 10.7554/eLife.61919. Full text on eLife or download pdf.
  • Skarlatou S, Hérent C, Toscano E, Mendes C, Bouvier J, Zampieri N. Afadin Signaling at the Spinal Neuroepithelium Regulates Central Canal Formation and Gait Selection. Cell Reports, 2020 Jun 9;31(10):107741. doi: 10.1016/j.celrep.2020.107741. Pubmed link. Open-access full text.
  • Bouvier J*#, Caggiano V*, Leiras R, Caldeira V, Bellardita C, Balueva K, Fuchs A, Kiehn O#. (*co-first and # co-corresponding). Descending Command Neurons in the Brainstem that Halt Locomotion. Cell. 2015 Nov 19;163(5):1191-1203. Full text available on Cell website.

2021


 

July: new preprint for the lab on bioRxiv!
We just uploaded our recent findings on the linker circuits between respiratory and locomotor central networks. Brilliant work done by former PhD student Coralie Hérent!


July: 2 new projects funded by ANR in the team.

We are part of two funded projects by the french National Agency for Research, from the AAPG2021 and the CRCNS 2021 calls, dedicated to brainstem/spinal cord circuits in controlling locomotion and orientation in health and following spinal cord injury!


January: Coralie Hérent obtains her PhD.

Brilliant defense of her work titled: Respiratory adaptation to running exercise: a behavioural and neuronal circuits study in mice”. What an exciting day and enriching 4+ years of work in the lab !

 

2020



January: A new ANR grant starts for our lab!

The lab is part of an 3 partite collaboration to study the functional connectomics underlying postural control, funded by the National Agency for Research.

 

December 2020: the last paper of the year is out!!
DOI: 10.1126/sciadv.abc6309. Or download pdf here.
This work is from a great collaboration with Brice Bathellier’s lab. We pioneered pioneered the use of deep-brain maging with the Inscopix miniscope to image the activity of deep brainstem neurons in vivo during locomotion.

 

December 2020: first paper for PhD student Coralie Hérent!!
These results challenge the concept that breathing and locomotor rhythms are coupled in a relatively fixed manner during running, and introduce the mouse model as part of the toolbox to investigate how breathing is augmented during running exercise.

 

Oct. 2020: the very first published work of the lab, by PhD student Giovanni Usseglio is now online!
https://doi.org/10.1016/j.cub.2020.09.014. Get the full text here.
Using viral tracings, circuit optogenetics and chemogenetic silencing, we identify the reticulospinal neurons that command multiple motor actions linked to orientation and locomotion.

 

June 2020: the lab contributed important new findings!
Open-access full text.
The first paper with contribution from our PhD student Coralie Hérent is out!! Check out this exciting study examining the impact of axonal signaling during development on the left-right coordination of limb mouvements in mice. A fruitful collaboration with the group of Niccolò Zampieriwho led this research!

 

September 2020: PhD Student obtains a doctoral fellowship!
Edwin Gatier obtains the 3-year doctoral fellowship from our graduate school, ED568 BIOSIGNE. Welcome Edwin and let’s do great science!

Chef d’équipe

Doctorants et postdoctorants:

Etudiants en Licence et Master :

  • Aurélie Jouy, Mai/Juin 2021. Etudiante en M1, Université Paris-Saclay.
  • Alexis d’Humières, Juin/Juillet 2021. Etudiant en M1, Sorbonne Université.
  • Clara Depond, Juin/Juillet 2021. Etudiante en L2, Sup’Biotech Paris.
  • Juliette Mondy, Juin/Juillet 2019. Etudiante en L2, Sup’Biotech Paris.
  • Manimega Vidjeacoumar, Juin 2018. Etudiante en L2, UPMC Paris.

Publications of the team or with team members :

  • Usseglio G, Gatier E, Heuzé A, Hérent C, Bouvier J. Control of orienting movements and locomotion by projection-defined subsets of brainstem V2a neurons. Current Biology, 2020. https://doi.org/10.1016/j.cub.2020.09.014. Open-access full text.
  • Schwenkgrub J, Harrell ER, Bathellier B, Bouvier J. Deep imaging in the brainstem reveals functional heterogeneity in V2a neurons controlling locomotion. Science Advances, 2020 Dec 4;6(49):eabc6309. Open-access full text or download pdf.
  • Hérent C, Diem S, Fortin G, Bouvier J. Absent phasing of respiratory and locomotor rhythms in running mice. eLife, 2020. Dec 1;9:e61919. doi: 10.7554/eLife.61919. Full text on eLife or download pdf.
  • Skarlatou S, Hérent C, Toscano E, Mendes C, Bouvier J, Zampieri N. Afadin Signaling at the Spinal Neuroepithelium Regulates Central Canal Formation and Gait Selection. Cell Reports, 2020 Jun 9;31(10):107741. doi: 10.1016/j.celrep.2020.107741. Pubmed link. Open-access full text.

Previously published work of the team leader:

  • Caggiano V*, Leiras R*, Goñi-Erro H, Masini D, Bellardita C, Bouvier J, Caldeira V, Fisone G, Kiehn O (2017). Midbrain circuits that set locomotor speed and gait selection. Nature. doi:10.1038/nature25448. Full text available from PMC. Abstract on Nature Website.
  • Wu J, Capelli P, Bouvier J, Goulding M, Arber S, Fortin G (2017). A V0 core neuronal circuit for inspiration. Nat Commun. Sep 15;8(1):544. doi: 10.1038. Full text available.
  • Bellardita C, Caggiano V, Leiras R, Caldeira V, Fuchs A, Bouvier J, Löw P, Kiehn O. (2017) Spatiotemporal correlation of spinal network dynamics underlying spasms after spinal cord injury. eLife, Feb 13 ;6. Full text available from eLIFE or PMC.
  • Hernandez-Miranda LR, Ruffault PL, Bouvier J, Murray AJ, Morin-Surun MP, Zampieri N, Cholewa-Waclaw JB, Ey E, Brunet JF, Champagnat J, Fortin G, Birchmeier, C (2017). Genetic identification of a hindbrain nucleus essential for innate vocalization. Proc. Natl. Acad. Sci U.S.A. Jul 25 ;114(30):8095-8100. Full text available.
  • Bouvier J, Caggiano V, Leiras R, Caldeira V, Bellardita C, Balueva K, Fuchs A, Kiehn O (2015). Descending Command Neurons in the Brainstem that Halt Locomotion. Cell. 2015 Nov 19 ;163(5):1191-1203. doi : 10.1016/j.cell.2015.10.074. Full text available from PMC.
  • Bouvier J (2014). Neurons in motion : genetics reveal a dual organization of locomotor networks controlling left-right alternation. Médecine/Sciences, Feb ;30(2):121-4. Full text (french) available from Médecine/Sciences.
  • Talpalar AE*, Bouvier J*, Borgius L, Fortin G, Pierani A, Kiehn O (2013). Dual-mode operation of neuronal networks involved in left-right alternation. Nature Aug 1 ;500(7460):85-8. Pubmed
  • Thoby-Brisson M, Bouvier J, Glasco DM, Stewart ME, Dean C, Murdoch JN, Champagnat J, Fortin G, Chandrasekhar A (2012). Brainstem Respiratory oscillators develop independently of neuronal migration defects in the Wnt/PCP mouse mutant looptail. PLoS ONE, 7(2) : e31140. Full text.
  • Ramanantsoa N, Hirsch MR, Thoby-Brisson M, Dubreuil V, Bouvier J, Ruffault P-L, Matrot B, Fortin G, Brunet JF, Gallego J, Goridis G (2011). Breathing without CO2 Chemosensitivity in Conditional Phox2b Mutants. Journal of Neuroscience, Sep ; 31 (36) : 12880-12888. Full text.
  • Bouvier J, Thoby-Brisson M, Renier N, Dubreuil V, Ericson J, Champagnat J, Pierani A, Chédotal A, Fortin G (2010). Hindbrain Interneurons and Axon Guidance Signaling Critical for Breathing. Nature Neuroscience, Sep ;13(9):1066-74. Pubmed
  • Bouvier J, Autran S, Dehorter N, Katz DM, Champagnat J, Fortin G, Thoby-Brisson M (2008). Brain-derived neurotrophic factor enhances fetal respiratory rhythm frequency in the mouse preBötzinger complex in vitro. European Journal of Neuroscience, Aug ;28(3):510-20. Pubmed.