Neurosciences

Nos études visent à comprendre comment le système nerveux central régit non seulement son apport de substrats énergétiques mais aussi la manière dont il en dispose pour produire l'énergie nécessaire à soutenir ses diverses fonctions. Il a été montré qu'un certain nombre d'adaptations de nature hémodynamique et métabolique surviennent lors de l'activation dans une région cérébrale, et ces modifications sont couramment utilisées pour visualiser à l'aide des techniques d'imagerie moderne les régions du cerveau impliquées dans une tâche cognitive. Or on connaît peut de choses sur la nature des interactions cellulaires et des mécanismes moléculaires qui sous-tendent ces changements. Notre groupe s'est donc donné pour mission de caractériser les éléments clés impliqués dans ces régulations et de décrire les mécanismes donnant lieu à ce couplage neurométabolique permettant au système nerveux central de s'adapter à divers états d'activité (voir groupe du Prof. Luc Pellerin).

Collaborations

1) Signalisation métabolique et interaction entre neurones et cellules astrogliales

Environ 20% de la consommation corporelle totale de glucose a lieu dans le cerveau. De plus, il existe un lien très étroit entre le niveau d'activité électrique de circuits neuronaux et la consommation locale d'équivalents énergétiques. Un partenaire cellulaire important, l'astrocyte, est depuis peu reconnu comme un partenaire-clé jouant un rôle extrêmement dynamique dans la régulation de ce couplage neuro-métabolique. L'axe principal de notre recherche est précisément celui des interactions entre astrocytes et neurones au niveau du métabolisme énergétique. Pour nous permettre d'étudier les aspects dynamiques de cette communication, nous avons recours aux outils de la microscopie optique, en particulier de la microscopie à fluorescence, la photolyse UV, couplés à l'électrophysiologie. Nos résultats les plus récents montrent que les astrocytes répondent à différents stimuli en envoyant des signaux intercellulaires de longue portée, non seulement sous la forme de vagues calciques, bien décrites dans la littérature, mais aussi de vagues de Na+. Cette nouvelle forme de communication à l'intérieur du réseau d'astrocytes est accompagnée d'une vague de métabolisme énergétique, qui pourrait permettre aux astrocytes de fournir une réponse concertée à une augmentation locale des besoins énergétiques du cerveau (voir groupe de Jean-Yves Chatton, PhD, MER).

2) Développement d'outils optiques et d'imagerie

Une part importante de nos activités est dévolue au développement, à l'amélioration et à l'implémentation d'outils de microscopie optique, y compris dans les domaines associés comme la photolyse UV ou le traitement/analyse d'images. Ces activités se font dans le cadre des unités de développement technologique de la plateforme facultaire:

Cellular Imaging Facility (CIF)

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La recherche dans notre laboratoire porte sur l'étude des mécanismes cellulaires et moléculaires impliqués dans le développement neuronal et la dépression.

Il est clairement établi que le développement neuronal dépend de facteurs intrinsèques et extrinsèques. Parmi ces derniers, le facteur neurotrophique BDNF joue un rôle fondamental dans le contrôle du développement neuronal. Dans ce contexte, notre recherche vise à identifier les mécanismes utilisés par BDNF pour réguler le développement neuronal in vitroet in vivo.Pour répondre à ces questions nous faisons appel à des techniques de biologie cellulaire et moléculaire comme par exemple l'imagerie cellulaire ou la manipulation de l'expression de gènes par le technique d'électroporation in utero.

Un autre axe de recherche que nous avons développé plus récemment concerne la dépression. Dans le cadre de ce projet, nous étudions les changements d'expression de gènes suite au «chronic mild stress», un modèle animal qui induit l'anhédonie, un des symptômes principaux de la dépression. L'identification de gènes régulés par le «chronic mild stress» a pour but d'améliorer la connaissance des bases neurobiologiques de la dépression et de permettre ainsi la découverte de nouvelles cibles pour le développement d'agents thérapeutiques (voir groupe de Jean-Luc Martin, PhD, MER).

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Le phénomène inflammatoire dans le système nerveux central est commun à de nombreuses pathologies. Les cellules effectrices sont les microglies et les astrocytes. Elles peuvent être activées de façon directe (par des toxiques environnementaux) ou de façon indirecte lors d'un stress neuronal (excitotoxicité) ou lors d'une atteinte des oligodendrocytes (demyelinisation). Nous nous appliquons à charactériser la réponse inflammatoire déclenchée par ces 3 paradigmes, afin de comprendre ses conséquences, qui peuvent être soit neuroprotectrices ou neuroréparatrices, soit neurodégénératives. Les facteurs up-régulés ou relâchés pendant le processus inflammatoire sont analysés en tenant compte du temps, de la durée et du type cellulaire impliqué. Leurs effets en tant que modulateurs de la réponse inflammatoire sont mis en relation avec le devenir des neurones et des oligodendrocytes. Ce travail s'effectue in vitro sur un modèle tridimensionnel de culture cellulaire, permettant de tenir compte des interactions cellulaires (voir groupe de Florianne Tschudi-Monnet, PhD, ME).