Éthologie / comportement / biologie animale

240 souris vont être utilisées, toutes tuées à l'issue, dans des procédures impliquant un niveau de souffrance modéré. Isolées en cage individuelle pendant plus de quatre semaines, elles reçoivent un régime riche en fructose et trois injections intrapéritonéales, puis subissent un test du labyrinthe en croix surélevé et un test de nage forcée pour mesurer anxiété et dépression. Le porteur reconnaît un stress modéré lié à l'isolement, aux injections et à la nature même des tests. Il présente ce projet comme "essentiel" et affirme l'impossibilité de modéliser hors de l'animal le lien entre microbiote, cerveau et comportement.

Objectifs

Pendant des milliers d'années, les humains ont consommé moins de 5 g de fructose par jour. Au 19ieme et 20ieme siècles la baisse du prix du sucre et la conversion industrielle du glucose en sirops de maïs à haute teneur en fructose à l'échelle mondiale a entraîné une augmentation drastique de la consommation de sucre ce qui a multiplié par un facteur 40 la consommation de fructose. Cependant plus de 50% de la population adulte et 80% des enfants de moins de 5 ans ne peuvent pas absorber complètement une charge de 25 g de fructose, alors que l'apport quotidien moyen est de 50-80 g. Ainsi, les changements dans les habitudes alimentaires ont créé des conditions de malabsorption du fructose. Or le fructose apparait de plus en plus comme un facteur de risque pour le développement de troubles fonctionnels cérébraux (apparition de troubles cognitifs, émotionnels et troubles du comportement alimentaire). Cependant les mécanismes liant fructose et troubles de l’humeur demeurent inconnus. Nous avons montré que la consommation excessive de fructose de par la malabsorption à laquelle elle est associée entraîne de profondes modifications du microbiote intestinal et de la production d’une molécule par l’intestin, la cholécystokinine, qui participe à la régulation de l’ingéré alimentaire. Or le microbiote intestinal est de plus en plus reconnu comme étant impliqué dans les troubles de l’humeur et du comportement alimentaire. Nous émettons l’hypothèse que des modifications du métabolisme du microbiote induites par l'ingestion de fructose pourraient donc participer indirectement au développement de troubles de l'humeur et à la modification du comportement alimentaire. Nous émettons également l'hypothèse que ces changements de comportement sont en lien avec l'habilité de ce microbiote à activer la production de cholécystokinine. Ces 2 hypothèses seront testées dans ce projet. Pour cela deux modèles de souris génétiquement modifiées présentant une malabsorption du fructose ainsi que des souris ne présentant pas cette altération seront utilisées. Le projet comprend une procédure permettant d’évaluer l’ingéré alimentaire ainsi que l’état état d’anxiété et de dépression en réponse à une malabsorption du fructose et en présence ou pas d’inhibiteur pharmacologique de la cholécystokinine. Les souris recevront un régime contenant 20% ou pas du tout de fructose pendant 3 semaines et 5 jours.

Bénéfices attendus

L'impact d'une alimentation déséquilibrée sur les fonctions cérébrales est une préoccupation de santé publique. La surconsommation de fructose a été pointée par l'Anses comme potentiellement nocive. Jusqu'à présent, la plupart des études se sont concentrées sur l'impact négatif de la surconsommation de fructose sur le syndrome métabolique. Des études épidémiologiques suggèrent que les régimes enrichis en fructose favorisent le dévelopement de comportements de type anxieux ou dépressif. Récemment le rôle du microbiote dans ce type de comportement a été décrit. Compte tenu de nos données préliminaires il apparait plus que probable que dans le contexte de l'ingestion excessive de fructose (et donc de sa malabsorption), le microbiote participe à ses effets déléteres notamment sur les troubles de l'humeur. Ce projet est essentiel à la compréhension des mécanismes de régulation du stress et de l'anxiété par le fructose.

Procédures

Les animaux recevront un régime riche en fructose susceptible de diminuer leur ingestion quotidienne et leur prise de poids de manière modérée. Les animaux vigiles recevront 3 injections intra péritonéales durant l'ensemble de la procédures (quelques secondes par injection). L'ensemble des animaux seront soumis à 2 tests comportementaux (un test du labyrinthe en croix surélevé de 5 minutes et un test de nage forcée de 6 minutes) afin de mesurer leur niveau d'anxiété et de dépression.

Impact sur les animaux

Les animaux seront placés en cage individuelle pendant 4 semaines et 5 jours ce qui entraine un stress modéré. Il est attendu que les animaux malabsorbant le fructose réduisent de 5 à 10% leur ingéré alimentaire durant les 5-7 jours qui suivent l'exposition à un régime contenant 20% de fructose. Le poids et l'ingéré de ces animaux sera surveillé quotidiennement pour s'assurer que la perte de poids n'excède pas les 20% du poids initial. Les animaux soumis aux tests d'anxiété et dépression subiront un stress modéré lié à la nature même des tests. Ce stress durera le temps du test (5 minutes pour le labyrinthe en croix et 6 minutes pour la nage forcée). L'injection IP pratiquée par un expérimentateur expérimenté constitue un stress modéré notamment dû à la contention. Ce stress est cependant très limité dans le temps (quelques secondes seulement). Aucune douleur n'est attendue durant le protocole.

Devenir

L'ensemble des animaux sera euthansié à la fin de la procédure

Remplacement

le recours à l'expérimentation animale est justifié par l'impossibilité de modéliser in vitro ou in silico les liens entre composition du microbiote, cerveau et comportement alimentaire/comportement d'anxiété-depression.

Réduction

Afin de réduire de nombre d'animaux nous proposons dans cette étude d'étudier le comportement alimentaire et le comportement d'anxiété et de dépression sur les memes animaux. Un nombre de 20 animaux par groupe a été calculé afin de permettre la mise en évidence de différences statistiques significatives (P value de 5% avec une puissance de 80% ) compte-tenu de la variabilité connue des paramètres.

Raffinement

L’ensemble des animaux bénéficiera d’un enrichissement avec du papier absorbant à déchiqueter et d'un abris en propylène rouge.Les animaux seront surveillés quotidiennement (surveillance visuelle plus suivi de l'ingéré alimentaire et du gain de poids). Le poids et la consommation alimentaire seront renseignés dans un tableau excel quotidiennement. Une perte de poids dépassant 20 % du poids initial de l’animal sera considéré comme un point limite. De même des comportements atypiques de type poil hérissé, prostration, absence de toilettage ou léthargie pendant plus de deux jours seront également considérés comme des points limite entrainant l’arrêt précoce du protocole sur les animaux concernés.

Choix des espèces

Les souris utilisées sont d'une lignée C57Bl6 car on dispose dans cette lignée de souris génétiquement modifiées permettant l'étude des mécanismes de régulation du comportement lié à la malabsorption du fructose (un sucre majeur de notre alimentation). Ce modèle souris est largement utilisé pour les recherches sur les maladies liées à l’alimentation et nous avons une expertise propre sur ces modèles animaux. Des animaux adultes sont utilisés, comme dans nos études préliminaires, car le microbiote est stable à ce stade.

480 souris vont être utilisées, toutes tuées à l'issue, dans des procédures impliquant un niveau de souffrance modéré. Une cécité est provoquée en sept jours par injection de méthylnitrosourée, qui détruit les photorécepteurs, puis les souris subissent deux tests comportementaux visuels dont la nature n'est pas précisée et une électrorétinographie sous anesthésie, pour comparer des animaux sauvages et des animaux dépourvus de la protéine FMRP. En s'appuyant sur la littérature, le porteur affirme que cette perte rapide de la vue n'engendre ni anxiété ni signe de souffrance. Il décrit le modèle animal comme "indispensable" et renvoie une éventuelle thérapie génique chez l'homme au conditionnel.

Objectifs

Parmi les troubles de la vision, les maladies rétiniennes sont une cause importante de morbidité oculaire et de déficiences visuelles. Des études de population ont rapporté une prévalence des troubles rétiniens, en particulier des troubles de la dégénérescence rétinienne (DR), allant de 5,35 % à 21,02 % chez les personnes âgées de 40 ans et plus. La dégénérescence maculaire liée à l'âge, la rétinopathie diabétique et la rétinopathie pigmentaire sont les manifestations pathologiques les plus courantes de la DR qui conduisent à une cécité irréversible. Ces pathologies visuelles sont dues à l'apoptose des cellules neurales de la rétine ou des tissus de soutien adjacents, principalement en raison de dommages oxydatifs cumulatifs et prolongés. Bien que les manifestations cliniques de ces maladies aient été entièrement élucidées, il est clair que les mécanismes cellulaires et moléculaires sous-jacents restent à comprendre. Très récemment, un nouveau régulateur pivot de l'apoptose et de la réponse au stress oxydatif a été mis en évidence dans le tissu cérébral : la protéine FMR (FMRP). Dans la rétine, cette protéine est également connue pour être directement associée à des déficits fonctionnels rétiniens. Notre projet vise donc à mieux étudier le rôle de la FMRP dans les mécanismes de la DR. L'identification de nouveaux acteurs dans le processus de dégénérescence de la rétine nous permettra de mettre en évidence de nouvelles cibles thérapeutiques et de nouvelles stratégies de prévention pour une meilleure prise en charge des patients. Actuellement il n’existe aucun traitement curatif de ces pathologies. Sur la base de ces résultats récents et de l'implication bien connue des mécanismes de stress oxydatif et d'apoptose dans la dégénérescence rétinienne, notre projet vise à mieux caractériser le rôle de la FMRP dans un modèle murin de dégénérescence rétinienne. La question est de mettre en évidence le rôle de FMRP, dans un modèle murin validé de DR, en comparant les résultats de souris sauvages (WT) versus des souris n'exprimant pas FMRP (KO FMR1).

Bénéfices attendus

Notre stratégie expérimentale (utilisation conjointe des souris KO FMR1 et d’un modèle validé de DR) vise à mieux comprendre le rôle de la FMRP dans les mécanismes de la DR, et donc de caractériser si FMRP est une bonne cible thérapeutique dans les DR. Des stratégies ciblées de thérapie génique pourront être envisageables chez l'homme sur la base de ces travaux.

Procédures

1/ Injection i.p (traitement unique), 2/Manipulation pour analyses comportementales (2 tests - 30 minutes) dans le but de caractériser les conséquences de la DR sur des comportements "visuels", et 3/Anesthésie pour l'étude de la fonction rétinienne (ElectroRétinoGraphie ou ERG) (anesthésie unique - 30 minutes).

Impact sur les animaux

Le modèle « MNU ou MethylNitrosoUrea» de DR utilisé est extrêmement utilisé et validé dans la littérature. Ce modèle va induire une mort spécifique des cellules de la rétine (photorécepteurs), entrainant une perte rapide (7 jours) de la vision chez la souris. Cette perte de la vision est similaire à celle retrouvée chez les patients atteints de DR. Une étude récente utilisant un modèle similaire de DR induite par le MNU a montré l’absence de comportement anxieux ou de souffrance 1 à 2 semaines après injection d et, ceux malgré la perte rapide des paramètres visuels (acuité etc…). Ainsi, dans notre schéma expérimental, la perte rapide de vision n’engendre pas de comportements anxieux ou manifestation comportementale de souffrance (douleur, prostration, hyperactivité etc..).

Devenir

L'ensemble des animaux seront mis à mort en fin de la procédure, et ce par dislocation cervicale. Ainsi, à chaque temps expérimental (Jour 1, 2, 3, 5 et 7 post-traitement), un lot d’animaux sera mis à mort directement après l'étude de la fonction rétinienne et ce, encore sous anesthésie.

Remplacement

Le modèle animal est fondamental dans notre cas, puisque l’étude de la DR ne peut se faire que sur un organisme vivant entier. Plusieurs niveaux de complexité sont nécessaires, impliquant des interactions entre différents types cellulaires et organes, qui ne peuvent être développés in vitro ou in silico. Dans le cadre de ce projet s’intéressant au rôle de FMRP dans les DR, le modèle animal reste indispensable dans la compréhension des interactions cellulaires au niveau de la rétine (neurones et cellules gliales). Bien que les expériences in vitro sur cultures cellulaires soient utilisées (lignées cellulaires de cellules rétiniennes : cellules de Müller), aucun modèle expérimental in vitro n’est à même de remplacer l’animal entier pour étudier la réponse et la communication cellulaire entre les différents acteurs de la DR.

Réduction

Notre objectif est d’obtenir une bonne robustesse de l’analyse statistique tout en réduisant le nombre d’animaux par lot. Ainsi, le nombre d’animaux utilisé sera réduit au minimum nécessaire pour obtenir des résultats statistiquement pertinents et reproductibles. Pour ce projet in vivo, il y a 5 temps expérimentaux (Jour 1, 2, 3, 5 et 7) avec 8 souris traitées et 8 souris non traitées par génotype (WT et KO FMR1) et par temps soit 32 x 5 = 160 souris au total. A chaque temps expérimental, l’ensemble des animaux seront analysés en comportement et fonction rétinienne (ERG). Puis la moitié des animaux sera mise à mort pour l’étude histologie (prélèvement des yeux) et l’autre moitié sera mise à mort pour les analyses de biologie moléculaire (prélèvement de rétines). Chaque expérience sera répétée trois fois pour une reproductibilité des résultats soit 480 souris au maximum pour 3 ans. Ainsi, nous obtiendrons pour chaque paramètre testé (comportement et ERG) 24 points expérimentaux par temps et par génotype ce qui est un minimum nécessaire pour déterminer la significativité statistique des résultats.

Raffinement

Une surveillance et une manipulation quotidiennes des animaux seront effectuées pendant la période d’acclimatation (15 jours) et d’expérimentation. Ces manipulations permettront de limiter le stress de l’animal lors du traitement (injection unique i.p). Par ailleurs, selon les données de la littérature, les animaux traités ne présenteront pas de phénotype autre que la perte de la vision. Les animaux seront hébergés en cage à cap standard au nombre maximum de 5 souris par cage. Nous disposerons dans les cages dès le début de l'expérience, des boules de coton compactées comme enrichissement du milieu. Par ailleurs, l’état général des animaux sera évalué quotidiennement durant toute la durée de l’expérience pour détecter tous signes éventuels de souffrance (3 points limites mis en place). On ne s’attend pas à avoir d’atteinte du point limite dans notre étude. Néanmoins une grille de score quotidienne sera tenue durant le temps d’expérimentation. Les animaux seront mis à mort s’ils présentent des signes de souffrance.

Choix des espèces

Dans le cadre de ce projet, le modèle animal reste indispensable dans la compréhension des interactions cellulaires rétiniennes et leurs conséquences comportementales. Pour notre projet, l’utilisation de la souris est primordiale puis que le couple structure/fonction de sa rétine comme le processus de la DR sont proches de ceux observés chez l’homme. De même, l’existence d’un modèle murin KO FMR1 (disponible au laboratoire) va faciliter l’étude du rôle de FMRP dans la DR.

26 jeunes chevaux vont être utilisés, gardés vivants et rendus à l'élevage à l'issue, dans des procédures impliquant un niveau de souffrance modéré. Chaque poulain subit un sevrage imposé à six mois et deux examens IRM à dix mois d'intervalle, pour mesurer les effets du sevrage précoce sur le développement social et cérébral. Le porteur reconnaît que le sevrage imposé induit "potentiellement du stress" mais décrit un hébergement en groupe qu'il présente comme supérieur à la pratique courante en box individuel. Il affirme que le recours au cheval domestique est "nécessaire" car le projet porte sur l'élevage même de cette espèce.

Objectifs

Le sevrage est souvent réalisé atour 6 mois dans la pratique (voir encore plus tôt) pour plusieurs raisons. Tout d’abord, il s’agit d’une pratique qui est répétée par habitude car étant traditionnelle et majoritaire. Elle est donc peu questionnée. Ensuite, elle permettrait de remettre plus rapidement la jument à la reproduction et de limiter la fatigue physique liée à la lactation. De plus, certaines personnes considèrent que retirer la mère permet de réorienter l’attention du poulain vers l’humain, et donc de faciliter son entrainement. Enfin, l’hébergement en box individuel est encore très répandu et est donc incompatible avec le maintien d’une vie sociale – y compris avec la mère – des jeunes animaux. Les bienfaits d’un sevrage plus tardif sont encore peu connus alors qu’il existe un fort contraste entre ce sevrage imposé à 6 mois et ce qui est observé en conditions libres (sevrage très progressif de 9 mois jusqu'à parfois 2-3 ans) . Nos résultats permettront de déterminer si 1/ le sevrage imposé influence le développement social, cognitif et/ou cérébral des poulains, 2/ si de tels effets se maintiennent dans le temps ou si au contraire les poulains compensent cet évènement perturbateur sur le long terme lorsqu’ils sont élevés dans un milieu social par ailleurs riche, et 3/ si le sevrage impact à long-terme le bien-être, la personnalité et la maniabilité des jeunes chevaux. Si nos résultats montrent qu’un sevrage réalisé à cet âge et dans ces conditions a des conséquences néfastes durables, alors ils ouvriront la voie à une nouvelle étude où nous pourrons tester d’autres âges de sevrage (e.g. 7 ou 8 mois) pour trouver le meilleur compromis à recommander pour la pratique. Le suivi longitudinal du groupe « sevrage spontané » nous aidera à cibler la période idéale. S’il s’avère que le sevrage pratiqué dans les conditions de l’étude n’induit pas des déficits sociaux, cognitifs et/ou cérébraux durables, ni n’altère durablement le bien-être ou la relation à l’humain, alors les recommandations pourront se concentrer sur la manière de faciliter ce type de sevrage et ne nécessiteront pas nécessairement de tester d’autres âges. Dans tous les cas, des recommandations concrètes sur la gestion des poulains pourront être faites. De manière plus globale, cette étude ouvrira la voie à cette thématique sur l’optimisation de l’élevage des jeunes afin de garantir un développement idéal et adapté aux conditions domestiques.

Bénéfices attendus

Meilleure caractérisation de l'impact du sevrage équin et apport de connaissances en matière de bien-être animal.

Procédures

Tous les animaux seront utilisés pour des scans IRM à deux reprises (10 mois d’intervalle) pour évaluer les aspects développementaux

Impact sur les animaux

Potentiellement du stress lors du sevrage imposé.

Devenir

Tous les animaux retourneront en élevage après la procédure.

Remplacement

Il n’est pas possible de remplacer nos animaux avec une autre espèce ou un substitut non-vivant. L’utilisation du cheval domestique est nécessaire car notre projet répond à des questions précises concernant l’élevage de cette espèce. De plus, nous avons besoin d’un modèle animal qui présente un développement assez long et pour lequel nous avons déjà les bases quant à l’étude de son comportement et de sa neurobiologie.

Réduction

Pour une étude basée sur un approche IRM, notre effectif est plutôt important (N=2x12 poulains). Ainsi, nous optimisons nos chances d’obtenir un contraste suffisant entre les groupes expérimentaux, voire entre les individus. Les conditions de vie sont en adéquation avec les besoins de l’espèce (i.e. herbivore social). Les conditions de vie du groupe « sevrage imposé » (i.e. traitement avec l’impact supposé le plus négatif) correspondent en fait à la réalité observée dans la pratique, voire mieux puisque nos animaux ne seront pas maintenus en isolement social alors que l’hébergement en box individuel est encore courant au sein de la filière. Enfin, les animaux ne seront pas sacrifiés à la fin de protocole. La taille de nos effectifs (12 individus par traitement expérimental) nous permettra de réaliser des analyses statistiques. Le choix des tests dépendra de la distribution des données et de l’homogénéité des variances. Si les conditions de normalité de la distribution et d’homogénéité des variances sont remplies, nous utiliserons des tests paramétriques. Si les conditions ne permettent pas d’utiliser des tests paramétriques, alors nous utiliserons des tests non-paramétriques du type tests de permutation pour comparer les lots expérimentaux. Des matrices de corrélation pourront être utilisées pour tester les éventuels liens entre paramètres comportementaux et neurobiologiques, si la variabilité inter-individuelle intra-groupe le permet. Dans le cas où une différence de 15% est observée entre les deux groupes expérimentaux pour un paramètre donné, avec des écart-types de 12% autour de la moyenne et un seuil de 0,05, nous obtiendrions une puissance de test de 87% pour un test t de student et 83% avec un test de Mann Withney (outils AnaStats).

Raffinement

Les conditions de vie des animaux seront en adéquation avec les besoins de l’espèce. En tant qu’espèce sociale, ils bénéficieront d’un maintien en groupe social. Ils seront hébergés en pâture ou en stabulation (grand box collectif), selon les conditions météorologiques. Des objets d’enrichissement seront présents en stabulation (ex. brosse électrique, bois à ronger…). Leur alimentation sera principalement composée de fourrage et d’herbage afin qu’ils aient la possibilité en continu de s’alimenter avec une alimentation riche en fibres. L’hébergement collectif leur donnera également une liberté de mouvement et un budget d’activité a priori conformes à ce qui attendu en conditions libres. Ainsi, l’ensemble de ces conditions de vie que nous proposons sont au-delà des conditions standards généralement observées dans la pratique, où l’hébergement en box individuel est très répandu (ce qui induit donc un isolement social et une restriction de l’activité locomotrice importante).

Choix des espèces

L’utilisation du cheval domestique est nécessaire car notre projet répond à des questions précises concernant l’élevage de cette espèce. De plus, nous avons besoin d’un modèle animal qui présente un développement assez long et pour lequel nous avons déjà les bases quant à l’étude de son comportement et de sa neurobiologie. Notre équipe possède cette expertise sur le modèle équin. Nous utiliserons des poulains à partir de l’âge de 6 mois, c’est-à-dire l’âge du sevrage tel qu’il est pratiqué sur le terrain et qui correspond à la période de vie qui nous intéresse. Les animaux seront ensuite suivi durant 1 an.

35 rats vont être utilisés, tous tués à l'issue, dans des procédures impliquant un niveau de souffrance modéré. Ils sont maintenus par restriction alimentaire à 90 % de leur poids pour les inciter à rapporter de la nourriture à leur nid pendant un mois d'apprentissage, avant mise à mort et prélèvement du cerveau pour un marquage du gène c-fos, afin d'identifier les régions cérébrales de l'intégration des trajets. Le porteur héberge individuellement une partie des rats et prévoit un retour à l'alimentation libre au-delà de 15 % de perte de poids. Il présente ce projet fondamental comme une remise en question possible de l'hypothèse de la carte cognitive dans la navigation.

Objectifs

La navigation spatiale chez les mammifères repose sur la perception et le traitement de multiples informations sensorielles dont la source peut être environnementale (informations allothétiques : visuelles, olfactives, auditives) ou interne à l'animal (informations idiothétiques générées par le déplacement: vestibulaires, tactiles, proprioceptives, etc.). La conjonction de ces informations va permettre à l’animal de mettre en œuvre des stratégies spatiales variées lui procurant une flexibilité comportementale. L'importance des informations idiothétiques et le rôle des régions cérébrales dans le traitement de ces informations ont longtemps été sous-estimés et restent méconnus. Des travaux comportementaux ont montré que les mammifères sont capables au cours de leur déplacement de revenir à un lieu de référence, par exemple leur "nid", en n'utilisant que des informations idiothétiques. Cette capacité est appelée intégration des trajets car elle repose sur l'intégration par le système vestibulaire des accélérations linéaires et angulaires lors du mouvement ce qui aboutit au calcul et à la mise à jour d'un vecteur pointant sur le lieu de retour. Dans une série d’études lésionnelles, nous avons montré que l'intégration des trajets implique plusieurs régions du cerveau, comme le cortex pariétal et le cortex entorhinal. Dans le cortex entorhinal, une population neuronale (les "cellules-grilles") pourrait être le centre de l’intégration des trajets du cerveau. Cette hypothèse est séduisante mais le cortex entorhinal n'est certainement pas la seule région du cerveau impliquée. Le traitement des informations idiothétiques dans le cerveau implique un réseau nerveux étendu mais notre connaissance des contours de ce réseau reste très lacunaire. L'objectif du projet est d'identifier l'ensemble des régions impliquées dans ce réseau en faisant un marquage de l'expression du gène d'expression précoce c-fos au cours d'une tâche d'intégration des trajets. Nous faisons l’hypothèse que la tâche implique une activation rapide du gène c-fos et donc une synthèse de proteines c-fos en particulier dans les structures sollicitées par le processus d’intégration des trajets.

Bénéfices attendus

Les résultats de ce projet nous permettront d'identifier les structures cérébrales impliquées spécifiquement dans la mise en œuvre de l'intégration de trajet. Ces résultats nous permettront également de tester l'hypothèse selon laquelle l'intégration de trajet peut se faire à partir d'un autre point de l'environnement que celui à partir duquel l'animal initie son trajet. Ce dernier résultat, s'il est confirmé, nous permettrait de remettre en question le recours quasi-systématique à une hypothèse alternative (existence d'une carte cognitive) pour expliquer les comportements de navigation complexes observés chez les animaux (humains compris).

Procédures

Procédure comportementale : Apprentissage d'une tâche d'integration des trajets. Procédure se déroulant sur un mois environ à raison de 2 essais de durée variable (mais n'excédant pas 5 minutes chacun) par jour et par animal.

Impact sur les animaux

Afin d'assurer un contrôle individuel de la prise alimentaire, les animaux des groupes 1, 2 et 4 seront hébergés individuellement. Cette mesure particulière d'hébergement sera maintenue durant une période la plus courte possible et les rats ainsi isolés pourront avoir des contacts visuels, auditifs et olfactifs avec leurs congénères. Puisqu’un contrôle alimentaire est prévu pendant toute la durée de l’expérience afin de réduire le poids des animaux à 90% de leur poids initial, les rats sont pesés tous les jours afin d'éviter des réductions trop importantes de leur poids. Si la perte de poids d'un animal est trop importante (e.g. >15%), l’alimentation de l’animal devient ad libitum jusqu’au retour du poids désiré.

Devenir

Tous les animaux seront mis à mort (n=35) par injection d'euthanasiant (Pentobarbital sodique, 200 mg/kg, IP, soit 0.5 mL/kg d'EUTHASOL VET. SOLUTION INJECTABLE) après sédation profonde (Médétomidine, 500 μg/kg, IP, soit 0.5 mL/kg pour le DOMITOR). La mise à mort permet le prélèvement des cerveaux afin de réaliser le marquage de l'expression du gène d'expression c-fos par immunohistochimie. La quantification de ce marquage est l'objectif de l'étude car il permettra d'identifier les structures nerveuses impliquées dans l'intégration des trajets.

Remplacement

La nature même des expériences proposées dans ce projet ne permet pas d'envisager de remplacement. En effet, ces expériences reposent sur l'exploration de l'environnement effectuée par les animaux en réponse à diverses manipulations environnementales et ne peuvent être réalisées à partir de modèles in vitro, in silico ou ex vivo. Ces expériences, du fait du caractère invasif des procédures de collecte des données (prélèvement du cerveau afin de révéler le marquage de certaines structures nerveuses), ne peuvent pas non plus être conduites chez le sujet humain.

Réduction

Cette étude nécessitera un total de 35 rats. Deux groupes expérimentaux et deux groupes contrôles sont indispensables pour permettre de conclure sur l'implication des structures dans les processus ciblés : Un groupe expérimental (n=8) entraîné dans la tâche d'intégration des trajets, un groupe contrôle (n=8) entraîné dans une tâche spatiale ne nécessitant pas l'intégration des trajets, un groupe contrôle (n=6) ne réalisant aucune tâche (explorant librement l'environnement pendant 3 mn) et un deuxième groupe expérimental (n=8) entraîné dans une tâche alternative d'intégration de trajet. Enfin, 5 animaux sont ajoutés au total pour pallier d'éventuels problèmes de marquage immunohistochimique (aux alentours de 15%). Le nombre d'animaux dans ces groupes permet de tenir compte de la variabilité individuelle inhérente aux études comportementales et d'obtenir des résultats fiables. L'analyse des résultats comportementaux reposera essentiellement sur l'utilisation de tests statistiques de proportion (type Chi 2). En ce qui concerne l'analyse des résultats issus des marquages immunohistochimiques, plusieurs scenari sont envisagés. Si la normalité des distributions n'est pas avérée, nous utiliserons des tests statistiques non-paramétriques tels que le test de Kruskal-Wallis. Si la normalité des distributions est avérée mais pas l'homogénéité des variances, nous utiliserons l'ANOVA à un facteur de Welch (associé au test post-hoc de Games-Howell). Si la normalité et l'homogénéité sont avérées, nous aurons recours à un test ANOVA à un facteur (associé au test post-hoc de Tukey). Ce plan d'analyse statistique nous permettra d'exploiter les données quelque soit l'ampleur de la variabilité inter-individuelle tout en conservant des effectifs d'animaux réduits.

Raffinement

La tâche comportementale repose essentiellement sur le comportement spontané des rongeurs à explorer un environnement et à récupérer un morceau de nourriture pour le ramener dans son nid et le consommer. L'animal apprend à faire cette tâche sans contrainte externe ce qui réduit considérablement son état de stress. L'hébergement des animaux s'effectue dans le respect des protocoles d'enrichissement validés par la Structure de Bien-Etre Animal de notre établissement d'expérimentation. Puisqu’un contrôle alimentaire est prévu pendant toute la durée de l’expérience afin de réduire le poids des animaux à 90% de leur poids initial, les rats sont pesés tous les jours afin d'éviter des réductions trop importantes de leur poids. Si la perte de poids d'un animal est trop importante (e.g. >15%), l’alimentation de l’animal devient ad libitum jusqu’au retour du poids désiré.

Choix des espèces

Le rat constitue un modèle animal privilégié pour les études sur la navigation spatiale du fait de ses excellentes capacités d'orientation spatiale. Nous avons montré que ces animaux sont capables de réaliser la tâche d'intégration des trajets dans sa version classique (Groupe 1). L'étude de l'activation des réseaux de structures nerveuses au cours d'un comportement de déplacement dans l'environnement ne peut pas être réalisé en utilisant des procédures in vitro, ex vivo ou in silico. Les animaux seront des rats adultes agés de 4 mois. Les capacités d'apprentissage chez ces animaux de cet âge sont optimales.

40 rats vont être utilisés, tous tués à l'issue, dans des procédures impliquant un niveau de souffrance modéré. Ils subissent une chirurgie d'implantation d'électrodes dans le cerveau avec injection d'un vecteur viral, puis sont soumis à une restriction alimentaire les maintenant à 90 % de leur poids pour les pousser à explorer un dispositif en quête de nourriture, l'objet étant de cartographier l'activité du cortex rétrosplénial pendant la navigation spatiale. Le porteur les héberge individuellement et prévoit un retour à l'alimentation libre si la perte de poids dépasse 15 %. Il présente les retombées pour les maladies neurodégénératives comme une simple piste de réflexion issue de cette recherche fondamentale.

Objectifs

Les capacités d'orientation et de mémoire sont déficitaires chez les sujets vieillissant et les patients atteints de la maladie d'Alzheimer. Le cortex rétrosplénial est impliqué dans ces processus mnésiques et de navigation. et semble être une structure fondamentale pour s'orienter dans des environnements complexes. Ce projet permet de comprendre quelles informations de l'espace sont nécessaires aux activités neuronales du cortex rétrosplénial et également d'étudier l'influence de cette structure sur les autres aires cérébrales impliquées dans la navigation, notamment le cortex entorhinal médian. Ce projet, de nature fondamentale, ouvre des pistes de réflexions sur la nature des déficits de navigation inhérents aux maladies neurodégénératives qui affectent la mémoire.

Bénéfices attendus

Ce projet, de nature fondamentale, ouvre des pistes de réflexions sur la nature des déficits de navigation inhérents aux maladies neurodégénératives qui affectent la mémoire.

Procédures

Procédure comportementales : exploration libre à la recherche de nourriture suite à une privation contrôlée de nourriture; et procédures chirurgicales : implantation d'un système d'électrode avec l'injection d'un vecteur viral pour utiliser les outils d'inactivation neuronale pharmacogénétique. Tous les animaux subiront la procédure comportementale. 1 groupe de 20 animaux sera soumis à la procédure chirurgicale d'implantation des électrodes seule, et un 2ème groupe d'animaux sera soumis à la chirurgies d'implantation d'électrode et d'injection du vecteur viral.

Impact sur les animaux

Afin d'assurer un contrôle individuel de la prise alimentaire, les animaux seront hébergés individuellement. Cette mesure particulière d'hébergement sera maintenue durant une période la plus courte possible et les rats ainsi isolés pourront avoir des contacts visuels, auditifs et olfactifs avec leurs congénères. Puisqu’un contrôle alimentaire est prévu pendant toute la durée de l’expérience afin de réduire le poids des animaux à 90% de leur poids initial, les rats sont pesés tous les jours afin d'éviter des réductions trop importantes de leur poids. Si la perte de poids d'un animal est trop importante (e.g. >15%), l’alimentation de l’animal devient ad libitum jusqu’au retour du poids désiré.

Devenir

La mise à mort permet le prélèvement des cerveaux afin de réaliser le marquage des neurones par cresyl violet ou thionine et d’identifier la position des électrodes d’enregistrement dans les structures d’intérêts. L'identification de la position des électrodes est cruciale car elle permet d'affirmer que les activités neuronales mises en évidence proviennent bien de la structure cérébrale ciblée dans le projet.

Remplacement

Ce projet repose sur les méthodes invasives d'enregistrement des neurones isolés ainsi que de l'inactivation de l'activité cérébrale chez le rat jeune adulte Long Evans, qui ne sont pas compatibles avec une approche chez le sujet humain, ni adaptables aux études in vitro ou de modélisation.

Réduction

Le projet comporte deux expériences qui utiliseront chacune 20 animaux. Ce nombre est indispensable pour deux raisons : 1-éviter statistiquement une variabilité inter-individuelle et 2-enregistrer un nombre suffisant d’activité neuronale pour effectuer des tests statistiques. L'analyse des résultats reposera essentiellement sur l'utilisation de tests statistiques paramétriques. Cependant, si la normalité des distributions n'est pas avérée, nous utiliserons des tests statistiques non paramétriques. Ce plan d'analyse statistique permettra d'exploiter les données si une variabilité inter-individuelle est toutefois présente tout en conservant des effectifs d'animaux réduits.

Raffinement

La tâche comportementale repose essentiellement sur le comportement spontané des rongeurs à explorer un environnement pour aller manger des granulés de nourriture. L'hébergement des animaux s'effectue dans le respect des protocoles d'enrichissement validés par la Structure de Bien-Etre Animal de notre établissement d'expérimentation. Puisqu’un contrôle alimentaire est prévu pendant toute la durée de l’expérience afin de réduire le poids des animaux à 90% de leur poids initial, les rats sont pesés tous les jours afin d'éviter des réductions trop importantes de leur poids. Si la perte de poids d'un animal est trop importante (e.g. >15%) ou en dessous de 90% de leur poids initial (points limites), l’alimentation de l’animal devient ad libitum jusqu’au retour du poids désiré. Une grille de score approuvée par la SBEA permet de s’assurer du bien-être animal pendant et en dehors des temps d’expérience. Cette grille permet d’évaluer si l’animal est dans un état normal ou en souffrance. L’arrêt des souffrances est prévu dans cette grille de score par des mesures d’observation attentive, des méthodes de soulagement, l’arrêt complet de l’expérience ou la mise à mort de l’animal. Les méthodes d’arrêt des souffrances se font de concert avec les zootechniciens de l’animalerie et sont reportées pour chaque animale sur une feuille de soins disponibles à l’animalerie.

Choix des espèces

Le rat représente le modèle de choix pour les études du comportement spatial qui est à la base des protocoles comportementaux qui seront utilisés. Il présente d'excellentes performances dans les tâches de navigation spatiale. Enfin, 90% des études portant sur les bases neurales de la navigation réalisées chez le rongeur reposent sur l'utilisation du rat, ce qui permet de disposer d'une littérature abondante sur laquelle s'appuyer. Par ailleurs, j'ai réalisé la seule étude qui a mis en évidence les cellules bidirectionnelles du cortex rétrosplénial chez le rat. Utiliser le rat me permet de comparer les résultats issus de ce projet avec ceux précédemment obtenus. Le projet vise à établir le rôle de certaines structures cérébrales chez le rat jeune adulte. Afin de pouvoir comparer les résultats avec les travaux antérieurs, nous utiliserons des animaux qui auront 3 mois au début de l'expérience.