Un nouveau technique identifie simultanément les types de neurones et trace leurs connexions dans le cerveau de la souris. L’outil, qui combine le traçage neuronal avec le séquençage d’une seule cellule, pourrait aider à révéler comment l’identité d’une cellule contribue à la fonction corticale, affirment les chercheurs.
La méthode – connue sous le nom de START, ou « traçage de la rage assisté par transcriptome unique » – organise les cellules en groupes en fonction de leur expression génétique et retrace leurs connexions. Si un groupe présente des modèles de connectivité distincts, il représente probablement un sous-type distinct, suggère l’étude. En appliquant l’outil au cortex visuel de la souris, l’équipe a identifié les connexions entre plusieurs sous-groupes de neurones inhibiteurs et découvert des interactions qui peuvent être conservées chez l’homme.
« Cela représente réellement non seulement une avancée technique, mais offre également un nouveau cadre de réflexion sur ce que [determines] un type de cellule », dit Xin Jinprofesseur agrégé de neurosciences au Scripps Research Institute, qui n’a pas participé aux travaux.
Les résultats de START peuvent être utilisés pour générer des hypothèses sur le fonctionnement des circuits corticaux, déclare le chercheur de l’étude Edouard Callawayprofesseur de biologie des systèmes au Salk Institute for Biological Studies. « Pour comprendre le fonctionnement d’un système complexe, vous avez besoin d’une liste de pièces et d’un schéma de câblage montrant comment ces pièces fonctionnent ensemble », explique-t-il.
Des études antérieures menées par Callaway et d’autres chercheurs, au nom du Réseau de recensement cellulaire de la Brain Initiativeproduit cette liste de pièces. En utilisant la transcriptomique unicellulaire combinée à d’autres techniques, le consortium a identifié environ 5 000 sous-types neuronaux dans le cerveau de la souris. Callaway et ses collègues travaillent désormais sur le schéma de câblage de ces types de cellules individuels.
Dans ce cas, le groupe a combiné la transcriptomique avec traçage de la rage—une méthode également développée par l’équipe de Callaway. En infectant les neurones avec un virus de la rage modifié qui peut sauter uniquement entre des cellules connectées synaptiquement, les chercheurs peuvent suivre les connexions immédiates de neurones sélectionnés.
Ils ont utilisé cette technique pour tracer les neurones inhibiteurs, car leurs connexions à courte portée peuvent être détectées dans un seul échantillon de tissu de 400 micromètres cubes. De plus, les neurones inhibiteurs sont incroyablement divers, explique l’investigateur de l’étude Maribel Patinoétudiant diplômé à l’Université de Californie à San Diego. Cette individualité, même entre neurones appartenant au même type de cellule, rend difficile la correspondance entre les neurones inhibiteurs et certaines fonctions cérébrales, ajoute-t-elle.
Cela représente non seulement une avancée technique mais offre un nouveau cadre de réflexion sur ce que [determines] un type de cellule.
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L’équipe a retracé les interactions des neurones inhibiteurs avec les cellules excitatrices du cortex visuel d’une souris, puis a séquencé les noyaux de plus de 35 000 neurones. Ils ont identifié environ 50 sous-types de neurones inhibiteurs sur la base de similitudes dans leur expression génétique.
Et un type de neurone excitateur de la couche six, connu pour se projeter vers le thalamus afin de réguler les rythmes d’ondes lentes importants pour le sommeil et la formation de la mémoire, a reçu la majorité de ses entrées d’un sous-type rare de neurone exprimant la somatostatine appelé cellules Chodl, l’étude a également trouvé. Bien que les cellules Chodl ne représentent que 1 pour cent des neurones de la somatostatine, elles forment plus de 20 pour cent des connexions avec ces neurones.
Cette interaction préférentielle représente probablement un motif de circuit conservé entre les espèces, explique Callaway. En fait, les prochaines étapes de son équipe consistent à voir si les circuits visuels se répètent dans d’autres régions corticales du cerveau de souris et dans des tissus humains donnés par des personnes après une intervention chirurgicale pour des tumeurs cérébrales ou l’épilepsie, dit-il.
Les résultats ont été publiés le 30 septembre dans Neuroneet les données de séquençage sont disponible publiquement sur GEO.
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Cette approche aide à résoudre « un domaine de discorde majeur » concernant l’attribution d’une identité de type cellulaire basée sur des différences transcriptionnelles, explique Arnold Kriegsteinprofesseur de neurologie à l’Université de Californie à San Francisco, qui n’a pas participé aux travaux.
Auparavant, les chercheurs ne savaient pas si les différents modèles d’expression génique reflétaient des différences d’identité neuronale ou simplement des fluctuations dans les voies cellulaires. Mais observer si les cellules ont des modèles de connectivité distincts permet de distinguer les types de cellules des états cellulaires, explique Kriegstein.
Et combiner START avec d’autres méthodes pourrait ajouter une dimension supplémentaire aux données, dit Martin Munzprofesseur adjoint de physiologie à l’Université de l’Alberta, qui n’a pas participé aux travaux. L’intégration de la transcriptomique spatiale, par exemple, pourrait nous indiquer les parties, comment elles interagissent et leur emplacement dans le cerveau, dit-il.
Même avec toutes ces informations, les chercheurs ne peuvent faire que des suppositions éclairées sur le fonctionnement possible des circuits. Mais le développement continu de exhausteurs de goût cibler des types de cellules spécifiques pourrait aider les chercheurs à faire correspondre les circuits au comportement, dit Patiño. “C’est le moment idéal pour ça [tool] sortir. »
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