Équipe Philippe Vernier

Développement et évolution de la neurotransmission

En bref

L’équipe cherche à comprendre comment se mettent en place les réseaux neuronaux neuromodulateurs et les fonctions qui en dépendent, pendant le développement et au cours de l’évolution. Le projet « développement » étudie comment l’activité neuronale précoce influence la mise en place des réseaux neuronaux, en tirant parti du poisson zèbre comme modèle. Le projet « évolution » s’appuie sur des comparaisons entre espèces (poissons, oiseaux) pour définir les conditions d’émergence de fonctions cognitives élaborées.

Notre recherche

1. « Rôle de l’activité électrique précoce au cours du développement du cerveau » - Responsable scientifique Michaël Demarque
Au cours du développement du système nerveux, l’activité neurale spontanée est une propriété essentielle des réseaux neuronaux qui, une fois matures, gouverneront les comportements chez l’enfant puis l’adulte. La perturbation de cette activité électrique précoce altère la maturation normale du système nerveux. Elle est à l’origine, chez l’homme, de troubles neuropsychiatriques graves tels que la schizophrénie ou les déficits d’attention avec hyperactivité, mais les mécanismes cellulaires et moléculaires sous-jacents restent mal connus.

Pour étudier le rôle de l’activité développementale spontanée sur la maturation du système nerveux, nous utilisons le poisson zèbre (ou danio). Cet animal-modèle présente plusieurs caractéristiques avantageuses pour notre projet. Le poisson-zèbre, bien connu des aquariophiles, est relativement petit (les adultes mesurent 4 à 5 centimètres), son élevage est facile et ne coûte (relativement) pas cher. Il se reproduit rapidement et en grand nombre, et son développement est rapide puisque tous les organes sont présents au bout de quelques jours de développement. Les embryons de ce poisson ont un développement externe, hors de la femelle, ce qui les rend accessibles aux traitements et manipulations à des stades qui se déroulent in utero chez les mammifères placentaires.

D’autres part, les larves sont transparentes au cours des premiers stades de leur développement ce qui facilite grandement la visualisation de ce qu’il se passe à l’intérieur de l’organisme, et permet de suivre les cellules ou les molécules au sein et en interaction avec l’organisme.
De nombreuses lignées génétiques sont disponibles, qui expriment différentes protéines sous le contrôle de promoteurs spécifiques. Au laboratoire nous utilisons par exemple des lignées fluorescentes qui expriment la GFP dans différentes sous population de neurones, ou un rapporteur de l’activité calcique encodé génétiquement et ciblé dans l’ensemble des neurones. Des lignées exprimant des actuateurs optogénétiques sont également disponibles.

Le projet est centré sur le développement du télencéphale chez le poisson zèbre pour approfondir nos connaissances sur les propriétés de l’activité électrique précoce et les mécanismes moléculaires qui affectent les comportements plus tardifs. En parallèle nous essayons également de valider une méthodologie de cribles basée sur l’analyse de la locomotion spontanée qui permettrait d’identifier des molécules (toxines environnementales, agents pharmacologiques, perturbateurs endocriniens) ou des mutations génétiques qui interférent avec l’activité développementale spontanée.
Il s’agit d’une approche à la frontière entre plusieurs disciplines, neurobiologie, développement et biologie moléculaire. Nous collaborons également avec des physiciens de l’Institut Jean Perrin pour les aspects de microscopie sur tissu vivant et les analyses d’images.

2. « Evolution des fonctions cognitives supérieures » - Responsable scientifique Kei Yamamoto
Chez l'homme, la structure corticale est essentielle pour l’émergence de la conscience (conscience de soi), de la pensée logique et du langage par exemple. Pour cette raison, le développement et l'évolution du cortex mammifère ont beaucoup attiré l'attention. Cependant, certaines espèces d'oiseaux et de poissons téléostéens utilisent, et même fabriquent, des outils et présentent une pensée logique. Chez ces animaux, la structure équivalente (homologue) au cortex des mammifères est le pallium dorsal. Comme les comportements "intelligents" ne peuvent être observés que chez quelques espèces de chaque branche de l’évolution des vertébrés, ils apparaissent comme une conséquence d'une évolution convergente des structures cérébrales.
Le projet "Evolution" vise à identifier les systèmes neuronaux nécessaires aux fonctions cognitives d'ordre supérieur dans le cerveau des espèces non mammifères, dépourvu de cortex cérébral.

Ce projet repose sur deux approches :
• 1) La Neuroanatomie comparée pour mieux comprendre comment la partie antérieure du cerveau a évolué chez différents groupes de vertébrés osseux (osteichthyes).
• 2) L’étude des comportements utilisant des tâches de conditionnement opérant pour identifier les régions du cerveau responsables de ces capacités cognitives spécifiques.
Pour ce projet nous utiliserons les cichlidés comme nouveau modèle de poisson téléostéen et, à plus long terme, les perruches comme modèle d’oiseaux.

Publications Choisies

> Pierre Affaticati, Kei Yamamoto, Barbara Rizzi, Charlotte Bureau, Nadine Peyriéras, Catherine Pasqualini, Michaël Demarque, Philippe Vernier. Identification of the optic recess region as a morphogenetic entity in the zebrafish forebrain. Scientific Reports, 2015, 5, pp. 8738 (doi: 10.1038/srep08738).

> Romain Fontaine, Pierre Affaticati, Charlotte Bureau, Ingrid Colin, Michaël Demarque, Sylvie Dufour, Philippe Vernier, Kei Yamamoto, Catherine Pasqualini. Dopaminergic neurons controlling anterior pituitary functions: anatomy and ontogenesis in zebrafish. Endocrinology, 2015, 156 (8), pp. 2934-2948 (doi: 10.1210/en.2015-1091).

> Kei Yamamoto, Romain Fontaine, Catherine Pasqualini, Philippe Vernier. Classification of dopamine receptor genes in vertebrates -Nine subtypes in Osteichthyes-. Brain, Behavior and Evolution, 2015, 86 (3-4), pp. 164-175 (doi: 10.1159/000441550).

> Anna L Xavier, Romain Fontaine, Solal Bloch, Pierre Affaticati, Arnim Jenett, Michaël Demarque, Philippe Vernier, Kei Yamamoto. Comparative analysis of monoaminergic cerebrospinal fluid-contacting cells in Osteichthyes (bony vertebrates). Journal of Comparative Neurology, 2017, 525 (9), pp. 2265-2283 (doi: 10.1002/cne.24204).

> Kei Yamamoto, Solal Bloch, Philippe Vernier. New perspective on the regionalization of the anterior forebrain in Osteichthyes. Development, Growth & Differentiation, 2017, 59 (4), pp. 175-187 (doi: 10.1111/dgd.12348).

> Solal Bloch, Manon Thomas, Ingrid Colin, Sonya Galant, Elodie Machado, Pierre Affaticati, Arnim Jenett, Kei Yamamoto. Mesencephalic origin of the inferior lobe in zebrafish. BMC Biology, 2019, 17 (1), pp. 22 (doi: 10.1186/s12915-019-0631-y).

> Solal Bloch, Cynthia Froc, Anaïs Pontiggia, Kei Yamamoto. Existence of working memory in teleosts: Establishment of the delayed matching-to-sample task in adult zebrafish. Behavioural Brain Research, 2019, 370, pp. 111924 (doi: 10.1016/j.bbr.2019.111924).

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