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Thèse Ronan Chéreau

Etude de la plasticité morpho-fonctionnelle des axones du CA3 sur tranches de cerveau vivantes par la microscopie STED et l'électrophysiologie.

Le 19 juin 2014

Ronan Chéreau est doctorant chez Valentin Nagerl  dans son équipe: Synaptic Plasticity and Super-resolution Microscopy / IINS / Thèse à 14h Institut  François Magendie.  
Un mini symposium suivra la thèse de Ronan Chéreau le vendredi 20 Juin 


Une précision à l’échelle de la milliseconde dans le transfert d'informations entre les neurones est essentielle pour la synchronisation et la plasticité des circuits neuronaux dans le cerveau.
Les axones sont des prolongements neuronaux qui assurent la communication via des impulsions électriques ou des potentiels d’action (PA). A cause du manque de myéline et de leur diamètre très fin, les axones de l'hippocampe propagent les PA lentement et ainsi générer des délais de conduction très long (jusqu’à 100 ms) qui sont traditionnellement considérés comme invariants. Cependant, plusieurs études ont montré que l'activité change la morphologie des axones et module le temps de latence de la transmission. Il convient donc de se demander si le diamètre des axones varie en fonction de l'activité pouvant influencer la propagation des PA. Les diamètres des axones non-myélinisés de l’hippocampe (compris entre 100-350 nm) sont généralement trop petits pour être résolu par la microscopie photonique conventionnelle. Le développement récent de l’imagerie super résolution STED permet désormais l'observation de la dynamique de leur morphologie détaillée dans le tissu vivant.

En combinant la microscopie STED, l’électrophysiologie avec enregistrements en champs et patch-clamp dans des tranches de cerveau de souris et des simulations informatiques, nous avons découvert que les axones du CA3 subissent un élargissement de leur diamètre après l'induction de la potentialisation à long terme (PLT). Nous démontrons que cet élargissement de diamètre augmente la vitesse de conduction des PA.

Dans l'ensemble, nos résultats indiquent que les axones peuvent réguler leur diamètre de manière dynamique changeant le délai de conduction des PA, ce qui modifie le timing du transfert d’information dans les circuits neuronaux. Cette étude suggère l’existence d’un nouveau type de mécanisme structurel dans le compartiment axonal jouant un rôle pour la plasticité neuronale.




Investigating morpho-functional plasticity of CA3 axons in living brain slices by a combination of STED microscopy and electrophysiology.

Summary:

Millisecond timing precision in the transfer of information between neurons is essential for the synchrony and plasticity of neural circuits in the brain. Axons are neuronal extensions that ensure the communication via brief electrical impulses called action potentials (AP). Because they are unmyelinated and are extremely thin, hippocampal axons propagate APs slowly and thus generate long delays of conduction (up to 100 ms) that are traditionally considered invariant. However, recent studies have shown that activity changes the morphology of axons and modulate the latency of transmission, thus raising the question whether axons undergo activity-dependent structural changes that could influence the propagation of APs. The diameter of hippocampal axons (ranging between 100-350 nm) are usually too thin to be properly resolved by conventional light microscopy. However, the development of super resolution STED imaging now enables the observation of their detailed morphological dynamics in living tissue.

Using a novel combination of STED microscopy, field recordings, patch-clamp electrophysiology in mouse brain slices and computer simulations we discovered that CA3 axons undergo long-lasting enlargement in their diameter after the induction of long term potentiation (LTP). We provide strong evidence that this diameter enlargement increases AP conduction velocity.

Taken together, our findings indicate that axons can dynamically tune AP propagation delays by changing their diameters, thereby altering the timing of information transfer in neural circuits. This study suggests a novel and powerful structural mechanism for neural plasticity.


 

 

 

Contact: Ronan Chéreau (ronanchereau @ gmail.com)
Dernière mise à jour le 16.06.2014

Jury

Stéphane Oliet
U. Bordeaux, Président
Dominique Debanne
U. Aix-Marseille, Rapporteur
Juan Burrone
King's College London, Rapporteur
Peter Kind
University of Edinburgh, Examinateur
Andreas Frick
-U. Bordeaux, Examinateur
Valentin Nägerl
-Directeur de thèse

Directeur de thèse



Valentin Nägerl
Professor - PhD
Team leader: Synaptic Plasticity and Superresolution Microscopy
IINS / Bordeaux University