Thèse Impact du Développement des Astrocytes dans la Mise en Places des Structures Cérébrales de l'Intégration Visuelle en Contexte Sain et Pathologique H/F - Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université de Montpellier
École doctorale : Sciences Chimiques et Biologiques pour la Santé
Laboratoire de recherche : INM - Institut des Neurosciences de Montpellier
Direction de la thèse : Karine LOULIER ORCID 0000000162162708
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-05-11T23:59:59

Les fonctions du cortex cérébral des mammifères reposent sur la coopération de types cellulaires distincts, notamment les neurones et les cellules gliales, qui doivent être produits dans des proportions définies et dont le déséquilibre peut entraîner de graves troubles neurodéveloppementaux, dont les troubles du spectre de l'autisme (TSA). Au cours du développement cérébral, les neurones et les astrocytes, sont produits séquentiellement par les progéniteurs neuraux et assurent ensemble les fonctions synaptiques appropriées. Alors que les neurones ont été largement étudiés dans le contexte du développement physiologique et pathologique, les acteurs cellulaires et moléculaires responsables de l'émergence de la diversité des cellules cérébrales, et en particulier de la génération des astrocytes, restent peu décrits. Les symptômes des TSA couvrent un spectre très large et présentent une intensité très variable, ce qui suggère un dysfonctionnement dans de nombreuses régions du cerveau. Outre les déficits sociaux et les comportements restreints et répétitifs, les troubles visuels et neurovisuels sont très fréquents chez les personnes atteintes de TSA, mais restent encore peu étudiés. Dans ce projet, nous visons à caractériser les altérations structurelles et fonctionnelles d'une région cérébrale peu étudiée dans le contexte des TSA, le colliculus supérieur, ainsi que les acteurs cellulaires et moléculaires impliqués, en nous concentrant sur la genèse et la maturation de plusieurs sous-populations d'astrocytes récemment identifiées par l'équipe hôte. Par conséquent, les objectifs de ce projet sont de mettre en évidence la contribution du colliculus supérieur à la pathogenèse des TSA et de déterminer comment ses altérations neurodéveloppementales les plus précoces peuvent conduire à des déficits sensorimoteurs liés aux TSA, dans le but d'identifier des acteurs cellulaires et moléculaires pouvant servir de cibles pour un diagnostic et/ou des interventions thérapeutiques précoces.

Les bases neurobiologiques des troubles du spectre de l'autisme (TSA). Les TSA appartiennent aux troubles du neuro-développement et se caractérisent par une perturbation de la communication et des interactions sociales associées à comportements restreints et répétitifs. Les TSA touchent 700 000 personnes en France (données INSERM) avec des degrés très variable de sévérité et souvent des comorbidités associées comme l'épilepsie ou le retard mental. L'autisme est reconnu comme un handicap en France depuis 1996 et représente un fardeau majeur pour nos sociétés, dont les bases neurobiologiques précoces restent mal définies . Des études de neuro-imagerie, post-mortem et génétiques ont mis en évidence un partenariat glial-neuronal défectueux dans les TSA [3-5]. À la lumière des preuves de plus en plus nombreuses qui relient la coopération des cellules neuronales et gliales pour réaliser des fonctions cérébrales optimales [6-8], associées à leur origine développementale commune, il est surprenant que la physiologie et le développement neuronaux aient été étudiés en profondeur dans le contexte des TSA, alors que les mécanismes sous-tendant la genèse des cellules gliales en général, et les astrocytes en particulier, ont été encore peu explorés, probablement à cause d'un manque d'outils adéquats.
Astrocytes, plasticité cérébrale, intégration visuelle et TSA. Les troubles du spectre de l'autisme (TSA) constituent un fardeau majeur pour nos sociétés, dont les bases neurobiologiques précoces restent mal définies au-delà des contributions neuronales et synaptiques. Les troubles visuels et neurovisuels (V/NVD) sont fréquemment observés chez les enfants atteints de TSA, mais les mécanismes structurels, cellulaires et moléculaires qui sous-tendent ces caractéristiques cliniques cooccurrentes restent insaisissables [9, 10]. Les fonctions cérébrales intégrées ne reposent pas uniquement sur les neurones, les astrocytes jouent également un rôle majeur, par leurs interactions avec les neurones, notamment pour une synaptogenèse adéquate, mais aussi par leurs liens étroits avec l'interface vasculaire. Des travaux antérieurs ont mis en évidence la contribution essentielle des astrocytes à de nombreuses fonctions cérébrales, y compris dans la plasticité du cortex visuel [11]. Notre équipe a montré que les astrocytes corticaux présentent un développement plastique [2] et a mis en évidence de multiples sources embryonnaires inattendues contribuant à la diversité des astrocytes corticaux (Dumas et al, en préparation). Cependant, l'étendue de la diversité astrocytaire n'est pas encore évaluée et la contribution individuelle de sous-types d'astrocytes distincts à des fonctions cérébrales spécifiques dans un contexte neurotypique et de TSA reste inexplorée. Notre hypothèse de travail est qu'une altération précoce des progéniteurs responsables de la diversité neurodéveloppementale des astrocytes peut conduire à des manifestations cliniques de TSA en raison d'une perturbation du partenariat clé entre des sous-types d'astrocytes spécifiques et leurs neurones voisins dans les structures cérébrales qui sous-tendent l'intégration visuelle (cortex visuel et colliculus supérieur) et pendant la fenêtre temporelle critique de la plasticité cérébrale où la maturation neuronale et la gliogenèse se produisent concomitamment.

1/ Caractérisation des anomalies précoces et structurelles des zones cérébrales impliquées dans l'intégration visuelle (cortex visuel, CxV et colliculus supérieur, CS) chez un modèle murin génétique de TSA, à l'aide de marqueurs de prolifération cellulaire et d'immunomarquages utilisant des marqueurs de sous-populations neuronales et gliales spécifiques, depuis les stades embryonnaires précoces aux stades postnataux tardifs.

2 / Détermination des altérations fonctionnelles des structures sous tendant l'intégration visuelle dans un modèle murin de TSA. La fonction du cortex visuel sera évaluée à l'aide de tests comportementaux mesurant l'acuité visuelle et la sensibilité au contraste. Le fonctionnement du colliculus supérieur sera exploré par des paradigmes d'orientation vers des stimuli visuels saillants et par un test de menace visuelle (« looming »), qui mobilise le colliculus supérieur impliqué dans les réponses rapides d'orientation ou d'évitement.

3 / Etude de l'astrogliogenèse dans les structures sous-tendant l'intégration visuelle en contexte physiologique et de TSA basée sur la caractérisation de la genèse, du profil moléculaire (analyses transcriptomiques), de la morphologie, la distribution spatiale et de la maturation des astrocytes dans le cortex visuel et le colliculus supérieur chez la souris TSA, à différents stades du développement cérébral en utilisant la stratégie multicouleurs de suivi du lignage cellulaire MAGIC Markers [1, 2]. L'objectif est d'identifier d'éventuelles altérations précoces de la genèse et de la maturation du réseau astrocytaire susceptibles d'affecter la structuration concomitante des circuits de l'intégration visuelle. Afin d'établir un lien causal entre altérations astrocytaires et dysfonctionnement comportemental, une stratégie de déplétion spécifique des sous-populations astrocytaires par ablation cellulaire sera mise en oeuvre par des approches génétiques complémentaires. Les conséquences de cette déplétion sur les performances visuelles dans l'animal sain permettront de déterminer si les altérations astrocytaires sont responsables des dysfonctionnements sociaux et neurovisuels retrouvés chez les individus TSA.

Ce projet de thèse repose sur la combinaison de méthodes histologiques classiques, de chirurgie avancée (électroporation in utero), d'ingénierie génétique innovante (stratégies multicolores de suivi du lignage cellulaire à l'aide des MAGIC Markers et stratégies d'ablation génétique des cellules), de techniques d'imagerie de pointe (microscopie confocale et multiphotonique à canaux multiples, acquisitions de grands volumes sur des cerveaux fixés et enregistrements temporels in vivo) ainsi que d'études électrophysiologiques (réseaux de multiélectrodes) et comportementales (interactions sociales et stéréotypies).
Chirurgies chez les rongeurs. Un atout de cette proposition est d'étudier des questions clés sur la diversité gliale et l'équilibre neuronal-glial / gliovasculaire in vivo dont les réponses nécessitent de suivre et de manipuler les cellules d'intérêt et leurs progéniteurs depuis les stades embryonnaires jusqu'à l'âge adulte. Une technique puissante pour cibler spécifiquement les progéniteurs embryonnaires de souris in situ est l'électroporation in utero (IUE), une méthode efficace de transfert de gènes qui permet soit de marquer les cellules nées au moment de l'électroporation en utilisant des vecteurs épisomaux, soit de marquer toute la descendance des progéniteurs ciblés en utilisant des vecteurs intégratifs. Karine Loulier, qui co-supervise ce projet de thèse, maîtrise cette procédure chirurgicale depuis près de 20 ans [2, 12, 13] et dispense régulièrement des formations et des conseils techniques aux chercheurs, étudiants et techniciens.
Les modèles de souris sont essentiels pour faire progresser notre compréhension du développement et du fonctionnement du cerveau. L'expérimentation animale dans nos laboratoires est réalisée dans le respect du principe des 3R, en accord avec la réglementation européenne (2010/63/EU) et française actualisées. Tous les protocoles d'expérimentation sur la souris sont examinés par les comités d'éthique locaux et les comités institutionnels de protection et d'utilisation des animaux. Les expériences nécessitant un renouvellement ou une extension des autorisations en cours seront soumises pour approbation et l'étudiant en doctorat formé sur ces techniques.
Modèle génétique de souris TSA : Le gène CNTNAP2 code pour une protéine d'échafaudage transmembranaire neuronale, membre de la superfamille de la neurexine, impliquée dans les interactions neurone-glie. Les souris knock-out (KO) dépourvues du gène Cntnap2 présentent des caractéristiques comportementales de base caractéristiques des individus TSA [14, 15]. Dans l'ensemble, la validité de la souris Cntnap2KO en tant que modèle murin TSA, associée à ses caractéristiques neuropathologiques, notamment une migration neuronale aberrante, une activité neuronale anormale et une myélinisation altérée dans le cortex cérébral, fait de cette souche de souris un choix idéal pour déterminer si l'altération de la genèse et la maintenance de la diversité des astrocytes peut contribuer à la pathogenèse des TSA.
Stratégies multicolores MAGIC Markers (MM). La boîte à outils MM nous permet de marquer simultanément plusieurs progéniteurs corticaux adjacents et de suivre leur descendance neuronale et gliale sur une longue période [1]. Les stratégies MM utilisent la recombinaison Cre/lox pour entraîner l'expression stochastique de protéines fluorescentes (PF) de couleurs distinctes dans une population cellulaire. Un transgène à copie unique exprime les PF de manière mutuellement exclusives, tandis que des insertions multiples de transgènes donnent lieu à des combinaisons de PF, créant ainsi des dizaines de teintes distinctes. La 'mosaïque' multicolore qui en résulte permet de distinguer les cellules voisines dans un tissu. En couplant cette approche avec des vecteurs transposons intégratifs du génome, le contraste des couleurs et les combinaisons de marqueurs permettent de marquer les progéniteurs cellulaire, et de suivre leur descendance au cours de plusieurs cycles de division cellulaire du stade embryonnaire au stade adulte, permettant ainsi le marquage de familles entières de cellules corticales (cellules neuronales et gliales incluses). Des souris MM ont été générées en utilisant les constructions MM Cytbow et Nucbow sous le contrôle du promoteur ubiquitaire CAG. Quatre méthodes éprouvées sont disponibles pour déclencher le marquage multicolore avec un contrôle spatio-temporel efficace : i) croisement de MM avec une lignée de souris exprimant la Cre constitutive dans les cellules d'intérêt, ii) injection de tamoxifène dans des souris Cre recombinase inductibles (telles que Aldh1l1CreERT2[16 ]) préalablement accouplées avec des souris MM, iii) IUE du plasmide exprimant une forme auto-excisable de la Cre (SeCre) pour créer une courte impulsion de recombinaison) chez les souris MM, iv) IUE du plasmide exprimant la Cre et des transgènes MM chez les souris de type sauvage ou mutantes.
Imagerie multiphotonique multicolore. Nous avons contribué au développement d'une méthode qui détecte efficacement et simultanément les PF distincts des constructions MM dans des tranches corticales de plusieurs centaines de µm d'épaisseur ou des explants ex-vivo avec seulement deux lasers [1, 2, 17]. En utilisant une version similaire de ce dispositif actuellement opérationnel dans l'institut d'accueil (INM), nous avons acquis des données préliminaires sur des cerveaux embryonnaires Aldh1l1CreERT;MM transparisés au CUBIC [18] qui préservent toutes les PF des MM et permettent l'imagerie non linéaire multicolore de cerveaux de souris transgéniques sur plusieurs centaines de micromètres-cubes en volume continu avec une résolution à l'échelle du micron. Cette imagerie multiphotonique sera consacrée au suivi des propriétés dynamiques des sous-populations astrocytaires in vivo et à l'acquisition de grands volumes sur des cerveaux fixés transparisés au CUBIC afin d'analyser la morphologie complexe des astrocytes et la taille des domaines au contact des et des vaisseaux sanguins dans les cerveaux neurotypiques et modèles TSA.

Le/la candidat.e doit avoir une solide formation en neurosciences théoriques et expérimentales et de bonnes compétences en biologie du développement et dans les techniques d'histologie et d'imagerie qui s'y rapportent. Une connaissance préalable du développement astrocytaire et/ ou cérébral est un atout. En outre, le/la candidat.e doit être très motivé.e par le projet présenté, avoir d'excellentes relations interpersonnelles, aimer le travail en équipe, être organisé.e, faire preuve d'une grande rigueur dans l'exécution des tâches expérimentales quotidiennes et avoir de bonnes aptitudes à la communication.