Rôle de la sérotonine et de la microglie dans la connectivité neuronale au cours du développement et à l’âge adulte chez la souris.

Notre cerveau contient des cellules appelées microglies. On peut les comparer à des « gardiennes » du cerveau : elles aident les neurones (les cellules qui transmettent les informations dans le cerveau) à bien se connecter entre eux pendant la croissance, et elles interviennent aussi quand le cerveau doit se défendre, par exemple en cas d’inflammation. Ce projet a pour but de mieux comprendre comment ces cellules fonctionnent, et quel rôle elles jouent dans le comportement. Des recherches, chez l’animal et chez l’humain, montrent que lorsque les microglies fonctionnent mal, cela pourrait favoriser l’apparition de certains troubles, comme la dépression, l’anxiété, ou l’autisme. Ces cellules semblent aussi jouer un rôle dans la mémoire et dans des maladies comme Alzheimer, ainsi que dans d’autres maladies du cerveau comme la sclérose en plaques. Il est donc important de comprendre comment ces cellules sont contrôlées, et quels sont les éléments, dans leur fonctionnement interne, qui influencent la façon dont le cerveau se construit et s’adapte. Ce projet comporte deux parties. La première partie cherche à comprendre comment la sérotonine, une substance produite par le cerveau qui sert à transmettre des messages entre les cellules, agit sur les microglies pendant les premières semaines de vie, et quelles conséquences cela peut avoir plus tard, à l’âge adulte. Nous regarderons l’effet sur le comportement habituel (par exemple la sociabilité, l’anxiété, la mémoire) et sur la réponse du cerveau face à une inflammation. Pour cela, nous utiliserons des médicaments qui agissent sur la sérotonine, comme certains antidépresseurs bien connus. La seconde partie cherche à comprendre le rôle de certains éléments internes aux microglies, déjà repérés lors d’études précédentes. Pour cela, nous modifierons leur fonctionnement uniquement dans ces cellules, chez des souris, puis nous observerons les conséquences, à la fois sur les microglies elles-mêmes et sur le comportement, en conditions normales et lors d’une inflammation. Ces expériences seront réalisées chez des animaux jeunes et chez des animaux adultes, afin de voir si les effets sont différents selon l’âge. Ce projet vise donc à mieux comprendre comment les microglies et la sérotonine agissent ensemble pour le bon fonctionnement du cerveau, afin, à terme, de mieux comprendre l’origine de certaines maladies psychiatriques humaines.

La microglie est un acteur essentiel du développement et du fonctionnement du système nerveux central, notamment par son implication dans la mise en place, la maturation et la plasticité des circuits neuronaux. Des altérations précoces de ses fonctions peuvent entraîner des perturbations durables de l’organisation de ces circuits, susceptibles de contribuer à l’apparition de troubles du neurodéveloppement. Par ailleurs, plusieurs gènes associés à des pathologies neurodégénératives, telles que la maladie d’Alzheimer, sont majoritairement exprimés dans la microglie et interviennent également au cours du développement cérébral, suggérant l’existence de liens entre altérations précoces et vulnérabilité ultérieure. Le présent projet a pour objectif de caractériser les mécanismes cellulaires et moléculaires impliqués dans la régulation de la microglie, en particulier en lien avec la signalisation sérotoninergique. Les données obtenues permettront de préciser le rôle de cette interaction dans la formation et le fonctionnement des circuits neuronaux, ainsi que dans la réponse à des stimuli inflammatoires. À court terme, ce projet contribuera à l’acquisition de connaissances fondamentales sur les déterminants moléculaires et fonctionnels de l’activité microgliale au cours du développement et à l’âge adulte. À plus long terme, ces résultats pourraient favoriser l’identification de nouvelles cibles d’intérêt pour la compréhension, la prévention et la prise en charge de pathologies neurodéveloppementales, psychiatriques et neurodégénératives. Enfin, le développement et l’utilisation d’approches innovantes, telles que les nanoparticules lipidiques pour la modulation ciblée de l’expression génique dans la microglie, pourraient à terme permettre de limiter le recours à des modèles génétiques complexes, contribuant ainsi à une réduction du nombre d’animaux utilisés en expérimentation.

Les animaux pourront recevoir des administrations de composés pharmaceutiques par différentes voies (injection ou administration orale), de manière ponctuelle ou répétée selon les groupes expérimentaux. Une injection par jour est réalisée sur des animaux vigiles. Le protocole peut comporter jusqu’à 18 administrations successives réparties sur plusieurs semaines. Chaque injection ne dure que quelques secondes. Certains animaux participeront à des tests comportementaux non invasifs (10 au maximum) permettant d’évaluer leur sociabilité, leur anxiété, leur mémoire. Ces évaluations sont réalisées sur des animaux vigiles et chaque séance dure environ 15 minutes. Certains animaux subiront une intervention chirurgicale afin d’administrer un composé dans une région précise du cerveau. Cette intervention, réalisée sous anesthésie générale et analgésie-anesthésie locale de la zone concernée par la chirurgie, dure au maximum 45 minutes. Une prise de sang pourra également être réalisée chez certains animaux, soit vigiles lorsqu’il s’agit d’étudier la réaction à un stimulus inflammatoire, soit anesthésiés profondément quand le prélèvement est réalisé en fin d’étude. Les prélèvements durent moins d’une minute. À l’issue des procédures expérimentales, des euthanasies par une méthode réglementaire effectuée sous anesthésie générale profonde et analgésie seront réalisées afin de permettre les analyses scientifiques nécessaires à l’étude.

Les effets indésirables sont : lors des injections, une douleur de courte durée ; lors de l’administration du composé pharmacologique par voie orale, un stress lié à la contention de l’animal et un risque mineur de fausse route ; lors des prélèvements de sang, un risque d’hémorragie si l’animal a un problème de coagulation ; lors des anesthésie générales et analgésies, un risque de détresse respiratoire du fait de l’injection des anesthésiants et analgésiques ; pendant et après la chirurgie, un risque de douleur liée à l’acte d’incision et d’injection. Par ailleurs, les tâches comportementales génèrent un stress modéré, du fait d’un nouvel environnement et de la douleur ressentie au niveau des pattes lors des stimulations nociceptives désagréables).

À l’issue des différentes étapes du projet, l’ensemble des animaux utilisés sera euthanasié. Cette étape est nécessaire pour permettre les analyses qui constituent le cœur de notre étude. En effet, pour comprendre comment la sérotonine agit sur la microglie, ou comment certains gènes influencent le fonctionnement de ces cellules, il est indispensable d’examiner directement le cerveau des animaux. Ces analyses portent notamment sur l’observation des cellules microgliales elles-mêmes (leur nombre, leur forme, leur état d’activation), sur l’expression de gènes spécifiques dans le tissu cérébral, ou encore sur la structure des connexions entre neurones. Ce type d’examen nécessite de prélever le cerveau, ce qui implique l’euthanasie préalable de l’animal. Il n’existe à ce jour aucune méthode alternative permettant d’obtenir ces informations chez l’animal vivant : les techniques d’imagerie actuelles ne permettent pas d’observer les microglies avec la précision cellulaire et moléculaire requise pour ce projet. Le prélèvement du tissu cérébral post-mortem reste donc l’unique moyen d’accéder à ces données. Par ailleurs, les animaux étant étudiés à différents âges (de la période néonatale à l’âge adulte) afin de distinguer les effets sur le développement du cerveau de ceux observés chez l’animal mature, chaque groupe d’animaux ne peut être analysé qu’à un stade donné : un même animal ne peut donc pas servir de son propre témoin à plusieurs âges, ce qui justifie également le nombre d’animaux prévus dans le projet. L’euthanasie sera pratiquée selon des méthodes conformes à la réglementation en vigueur, choisies pour limiter au maximum toute douleur ou détresse chez l’animal.

La souris a été choisie comme modèle pour ce projet en raison des grandes similarités entre son cerveau et celui de l’humain, notamment dans le fonctionnement de la microglie et du système sérotoninergique. Les mécanismes que nous cherchons à comprendre – comment ces cellules et cette molécule influencent le développement du cerveau et le comportement – sont largement conservés entre la souris et l’humain, ce qui rend cette espèce particulièrement pertinente pour notre étude. Un autre atout majeur de la souris est la possibilité de modifier précisément son patrimoine génétique. Grâce à des techniques bien établies chez cette espèce, il est possible d’agir sur un gène donné uniquement dans certaines cellules – ici, la microglie – et à un moment précis du développement. Cette précision est essentielle pour notre projet : elle nous permet d’étudier le rôle d’un gène spécifiquement dans le cerveau, sans perturber son fonctionnement dans le reste de l’organisme, ce qui limiterait les effets indésirables et compliquerait l’interprétation des résultats. Aucun autre modèle expérimental ne permet aujourd’hui d’étudier le cerveau avec un tel niveau de précision. Les interventions seront réalisées à différents âges, depuis les premières semaines de vie jusqu’à l’âge adulte. Ce choix est directement lié à notre objectif scientifique : la microglie et la sérotonine jouent des rôles différents selon le stade de développement du cerveau, et seule une comparaison entre plusieurs âges permet de distinguer les effets propres à la maturation cérébrale de ceux observés chez l’animal adulte déjà formé. Enfin, la souris est une espèce dont les besoins physiologiques et comportementaux sont bien connus, ce qui permet d’adapter au mieux les conditions d’élevage et d’expérimentation afin de limiter autant que possible toute douleur, souffrance ou inconfort durant les procédures.