Prix Cerveau en tête: Wendy Xueyi Wang

L’étude du développement des neurones permet de mieux comprendre l’assemblage des circuits cérébraux complexes

De multiples types de cellules et de neurones sont essentiels à l’assemblage et au fonctionnement des systèmes nerveux complexes. Divers types de neurones développent des morphologies et des fonctions distinctes au cours du développement. Si la morphologie est le moyen traditionnel d’identifier les types de neurones, il est désormais possible de mieux comprendre comment les réseaux neuronaux sont assemblés en s’appuyant sur des méthodes expérimentales et informatiques qui analysent simultanément la morphologie, l’expression des gènes et la trajectoire et la chronologie du développement. Dans cette étude, Wendy Xueyi Wang, doctorante à l’Université de Toronto et à l’Institut de recherche de l’Hôpital SickKids, présente une carte de diversification multimodale des interneurones de la couche moléculaire du cervelet (MLI), une population hétérogène d’interneurones inhibiteurs qui dérivent d’une population progénitrice commune. Cette étude apporte un nouvel éclairage sur la spécialisation des cellules neuronales et leur intégration dans des réseaux fonctionnels.

Il y a plus de 130 ans, Santiago Ramón y Cajal a profité de l’organisation intrigante, hétérogène et accessible des MLI du cervelet pour proposer et étayer la doctrine du neurone, c’est-à-dire le concept selon lequel le système nerveux est constitué de cellules individuelles, ou neurones, au lieu d’être relié par une continuité comme dans le système vasculaire. En hommage au maître original, les chercheurs ont réexaminé la diversité des MLI en utilisant les méthodes génétiques et informatiques de la biologie moderne de la cellule unique.

Dans le cervelet, les interneurones de la couche moléculaire (MLI) peuvent être globalement qualifiés, sur la base de leur morphologie, de cellules en panier (ainsi nommées parce qu’elles contiennent des structures cellulaires qui ressemblent à des paniers) ou de cellules stellaires (dont la forme ressemble davantage à celle d’une étoile). Comme il existe de nombreuses formes intermédiaires, on ne savait pas si les deux populations représentaient des types de cellules vraiment distincts. En utilisant une combinaison de méthodes génétiques, histologiques et informatiques, les chercheurs ont défini la diversité des MLI matures sur la base de la morphologie et de l’expression génétique. Ces analyses révèlent des exemples d’hétérogénéité discrète et continue pour chaque critère. Il est intéressant de noter qu’ils n’ont pas trouvé de corrélation directe entre les identités morphologiques et transcriptionnelles des MLI, c’est-à-dire que les neurones ayant des formes similaires n’expriment pas nécessairement les mêmes gènes. Au contraire, ils ont identifié, pour la première fois, un type de cellule présentant des transitions graduelles dans l’expression des gènes entre des neurones morphologiquement distincts, ainsi que des transitions graduelles dans la morphologie neuronale à l’intérieur de neurones transcriptionnellement distincts. Cela démontre que ni la morphologie ni l’expression génique ne peuvent être utilisées seules pour annoter complètement la diversité des interneurones. Grâce à une nouvelle application de l’inférence de trajectoires pseudo-temporelles à la morphologie neuronale, ils ont défini plus précisément l’émergence précoce de types morphologiques distincts de MLI, quelques jours avant la régulation à la hausse de l’expression spécifique des sous-types de gènes marqueurs. Dans l’ensemble, ces études présentent une carte multimodale de la diversification des MLI et offrent un cadre largement applicable pour définir la trajectoire de développement des populations d’interneurones.

Pour comprendre comment divers neurones sont assemblés en circuits, il faut disposer d’un cadre permettant de décrire les types de cellules et leurs trajectoires de développement. Les études sur la maturité ont montré que des approches multimodales sont nécessaires pour délimiter le répertoire de la diversité des types de cellules neuronales. Cependant, des méthodes similaires n’ont pas été étendues pour interroger les étapes par lesquelles les progéniteurs neuronaux sont programmés pour acquérir leurs formes et fonctions adultes.

À propos de Wendy Xueyi Wang

Wendy Xueyi Wang a réalisé 100 % des expériences et des analyses dans cette publication à deux auteurs qui résume la majeure partie de sa recherche doctorale dans le laboratoire du Dr Julie Lefebvre à l’Hospital for Sick Children. L’idée du projet et la rédaction du manuscrit ont été réalisées en collaboration avec sa conseillère et dernière auteure, le Dr Julie Lefebvre. Wendy Xueyi Wang est actuellement post-doctorante au Broad Institute of MIT and Harvard, et à l’Université de Harvard.

Sources de financement

Ce travail a été financé par une bourse d’études supérieures de l’Ontario accordée à Wendy Xueyi Wang, ainsi que par une bourse Sloan en neurosciences, une subvention à la découverte du CRSNG et une subvention de projet des IRSC accordée au Dr Julie Lefebvre.