Plasticit

1
La rétine de poisson un site de plasticité
neuronale privilégié.
Jean-Pierre Raynauld 6 Octobre
2006 Institut des Neurosciences de Bordeaux
2
Le héro de cette histoire Le poisson rouge
3
Le cahier de charges pour le site de plasticité
idéal 1-situation physiologique. 2-observation
des plusieurs synapses ayant la même fonction. 3-
une plasticité facilement observable dans ses
aspects électrophysiologiques, anatomiques et
biochimiques. 4-existence de contrôles.
4
La rétine selon Cajal
Un important point à noter est la stratification
des connexions synaptiques dans deux couches
plexiformes. Le plexiforme externe étant plus
mince que le plexiforme interne.
5
La rétine de poisson rouge gracieuseté de
Valentin Parthe IVIC, Caracas, Venezuela (mouveme
nts mécaniques des segments externes lors de
ladaptation)
6
Une donnée spectaculaire dans lélectrophysiologie
de la rétine de poisson. Gunnar Svaetichin,
IVIC, Caracas, Venezuela (1958) Enrégistrements
dans des cellules horizontales.
Lexistence de cellules antagonistes-couleurs
7
Cellule ganglionnaire EF McNichol et al, (1960)
Cellule ganglionaire également antagoniste
 couleurs 
8
Dans une rétine duplex, il ny a pas de cellules
ganglionnaires uniquement connectées aux
bâtonnets. Toutes ont des inputs des cônes et des
bâtonnets.
9
Si une telle cellule doublement opposée aux
couleurs possédait un input des bâtonnets, une
série de questions se posaient 1- linput des
bâtonnets avait-il le même effet que celui des
cônes rouges? 2- linput des bâtonnets avait-il
le même effet que celui des cônes
verts? 3-leffet des bâtonnets était-il similaire
dune cellule ganglionnaire à lautre? NB- Ces
questions attendaient une réponse depuis 10 ans!
10
La réponse est que les bâtonnets ont toujours un
effet du même signe que les cônes rouges JP
Raynauld, Science 1972.
11
Inputs spectraux dune cellule  ON   à
lobscurité qui devient  On  au rouge et
 Off  au vert après une période dadaptation
12
(No Transcript)
13
En absence de ce circuit entre le signal des
cônes et celui des bâtonnets, le modèle de Hubel
et Wiesel ne tiendrait pas.
Double opponent cell
14
Surprise lors de lenregistrement dans létat
dadaptation à lobscurité !
La réponse de cônes est absente !
15
(No Transcript)
16
En 1973 H.J. Wagner publiait dans la revue
Nature une lettre faisant part de la disparition
des rubans synaptiques la nuit dans les pédicules
de cônes chez Nannacara Anomala. Nature (London)
New Biology 246,53 (1973). Lors dune
collaboration initiale, il a semblé que le même
phénomène était observable chez le poisson rouge.
17
Rétine adaptée à la lumière (Goldfish)
Les rubans synaptiques sont  pleine longueur 
18
Rétine adaptée à lobscurité
Les rubans synaptiques paraissent raccourcis
19
Il fut alors décider dobserver le comportement
des cellules ganglionnaires lors de ladaptation
à lobscurité et de tenter disoler les rétines
dans létat dadaptation à la lumière. A cause
des mouvements mécaniques des cônes et des
bâtonnets lors de ladaptation, si les segments
externes des bâtonnets étaient coupés et seuls
les cônes seraient fonctionnels. Les résultats
furent surprenant.
20
(No Transcript)
21
Cellule ganglionnaire  Off  au rouge et  On 
au vert perdant son antagonisme couleur suite à
une période dune heure dadaptation à
lobscurité. Cependant le signal provient
toujours des cônes.
22
La longue latence de la réponse  Off  indique
la présence dun input des bâtonnets chez cette
cellule. Notez que la polarité  Off  est la
même que celle produite par les cônes rouges.
23
Suite à la présence dune lumière ambiante, les
réponses antagonistes couleurs réapparaissent. A
1018 pm, notez la réponse  Off  à courte
latence à toutes les intensités pour des stimuli
à 710 nm. .
24
Lors de ma formation en biophysique à
lUniversité Johns Hopkins, javais fait un court
projet en microscopie électronique. Jai donc
tenté de reproduire les résultats de Wagner, i.e.
la disparition des rubans synaptiques de cônes
la nuit. Résultats négatifs. Lors dune
collaboration avec Wagner et Laviollette, nous
avons produit les résultats suivant Raynauld et
al. Science 1979
25
Pédicule de cône dans une rétine adaptée à la
lumière
Notez la présence de densités  d  dans le
voisinage des rubans synaptiques  sr 
26
Pédicule dans une rétine adaptée à lobscurité
Les densités  d  ont disparues! Les rubans
synaptiques  sr  sont toujours là.
27
Étant donné que les modifications anatomiques se
produisaient dans les cellules horizontales, il
fallait faire des enregistrements de longue durée
dans ce type de cellules. Lors dune année
sabbatique, je suis donc allé chez Gordon Fain au
Jules Stein Eye Institute à UCLA pour faire ces
enregistrements. Dans cette préparation, la
stabilité nest pas très bonne et il est
difficile denregistrer sur une période
supérieure à 20 minutes. Nous avons cependant
obtenu un enregistrement exceptionnel
28
Réponse dune cellule horizontale opposée aux
couleurs.
Le tracé supérieur indique un stimulus rouge au
milieu dun stimulus vert indiqué par le tracé
inférieur.
29
Lobscurité fut faite et le tracé arrêté.
Trente-cinq minutes plus tard la cellule sétait
hyperpolarisée de 15 mV.
30
La même configuration de stimuli produisait
maintenant une réponse différente lantagonisme
 couleurs  avait disparu!
31
La répétition des stimuli et la présence dune
lumière ambiante produisent un effet dramatique
Lantagonisme  couleurs  revient!
32
A droite, les réponses se superposent bien alors
quune période denviron une heure sépare les
paires de stimuli.
33
Cet enregistrement montre un potentiel de
membrane critique dans les cellules horizontales,
potentiel au dessus du quel la réponse devient
 antagoniste couleurs  Des canaux différents
opèrent-ils au dessus et au dessus de ce voltage
critique? Que représente la croissance des
spinules? Si nous avons ici le substratum de la
trace mémonique, est-ce le passage de la mémoire
à court terme à la mémoire à long terme?
34
Premier enregistrements des cellules horizontales
Gunnar Svaetichin, IVIC, Caracas, Venezuela
35
Il y a cependant un problème de synchronisation
entre le phénomène électrique et les observations
anatomiques. Les spinules prennent environ 30
minutes pour croitre à leur dimension maximum
dans une rétine à 20 C.
36
Quel est le futur de la rétine de poisson comme
modèle de plasticité neuronale? Très bon 1- la
situation est entièrement physiologique en
opposition avec les tranches de cerveau, 2-
linput est la lumière facilement variable en
intensité, en couleur et en géométrie, 3- le
synapse impliqué secrète du glutamate, 4-cest le
premier synapse dans la rétine, 5-lors de section
tangentielle, on peut observer des centaines de
synapses ayant la même fonction, 6-lœil opposé
peut servir de contrôle lors de manipulation
biochimique, 7-un contrôle existe dans une même
rétine car les sphérules de bâtonnets ne montrent
le phénomène.
37
Quelles sont les avenues prometteuses pour ce
modèle de plasticité ? 1- lidentification
moléculaire des spinules, 2-la mesure du Q10 de
cette plasticité, le poisson tolère très bien des
températures allant de 5C à 30C. 3-la mesure de
la courbe dapprentissage de la discrimination
des couleurs en fonction de la température, 4-lut
ilisation du Zebrafish.
38
Localisation de la molécule  caldendrin  dans
les spinules. Schultz et al., J. Comp.
Neurol.,479,84-93,2004
39
Localisation de la kinase II, également dans les
spinules. Schultz et al., J. Comp. Neurol., 479,
84-93, 2004
40
Données intéressantes sur  Zebrafish  1-
Zebrafish a des spinules dans les pédicules de
cones., 2-les spinules apparaissent à 5 dph (days
post hatching), 3-Des molécules impliquées dans
la structure des synapses telles que CaMKII et
caldendrin marquées au GFP peuvent être exprimées
chez ce poisson. 4-La possibilité de voir avec un
microscope à deux photons la croissance des
spinules. 5-Un  Zebrafish microarray  est
disponible permettant dautres expériences.
41
Pour plus de détails, visitez ma page Web où vous
pouvez télécharger cette présentation. http//www
.mapageweb.umontreal.ca/raynauld