Régulation spécifique du circuit d'analyse des cellules neuronales neuronales hippocampales adultes

La neurogenèse adulte est un processus biologique par lequel de nouveaux neurones naissent chez un adulte et s’intègrent dans les réseaux neuronaux existants¹. Chez l’homme, ce processus se produit dans le gyrus denté (DG) de l’hippocampe, où environ 1.400 nouvelles cellules naissent chaque jour². Ces cellules résident dans la partie intérieure de la DG, qui abrite une niche neurogène, appelée zone sous-granulaire (SGZ). Ici, les cellules souches neurales adultes hippocampal (NSC) subissent un processus développemental complexe pour devenir des neurones entièrement fonctionnels qui contribuent à la régulation des fonctions spécifiques de cerveau, y compris l’apprentissage et la mémoire, la régulation d’humeur, et la réponse d’effort^{3 ,4,5,6}. Pour influencer les comportements, les NSC adultes sont fortement réglementés par divers stimuli externes d’une manière dépendante de l’activité en répondant à un éventail de signaux chimiques locaux et distal. Ces indices chimiques comprennent les neurotransmetteurs et les neuromodulateurs et agissent d’une manière spécifique de circuit de diverses régions du cerveau. Fait important, la large convergence de ces indices chimiques sur les CNS permet une régulation unique et précise de l’activation des cellules souches, de la différenciation et des décisions relatives au sort.

L’un des moyens les plus efficaces d’interroger la régulation des circuits des CNS adultes in vivo est de jumeler l’analyse de l’immunofluorescence avec des manipulations à l’échelle du circuit. L’analyse d’immunofluorescence des CNS adultes est une technique couramment utilisée, où des anticorps contre des marqueurs moléculaires spécifiques sont utilisés pour indiquer le stade de développement des CNS adultes. Ces marqueurs incluent : nestin comme cellule de glia le radiale et marqueur neural tôt d’ancêtre, Tbr2 comme marqueur intermédiaire d’ancêtre, et dcx comme marqueur de neuroblaste et immature^deneurone 7. En outre, en administrant des analogues thymidine tels que BrdU, CidU, Idu, et Edu, les populations cellulaires subissant la phase S peuvent être individuellement étiquetés et visualisés^8,9,10. En combinant ces deux approches, un large éventail de questions peuvent être étudiées, allant de la façon dont la prolifération est réglementée à des stades de développement spécifiques, à la façon dont divers indices affectent la différenciation du CNS et la neurogenèse.

Plusieurs options existent pour manipuler efficacement les circuits neuronaux, y compris la stimulation électrique, l’optogénétique et la chimiogénétique, chacun e avec ses propres avantages et inconvénients. La stimulation électrique implique une chirurgie étendue où des électrodes sont implantées à une région spécifique du cerveau qui sont plus tard utilisées pour transmettre des signaux électriques pour moduler une région cérébrale ciblée. Cependant, cette approche manque à la fois de spécificité cellulaire et de circuit. L’optogénétique implique la livraison de particules virales qui codent un récepteur activé par la lumière qui est stimulé par un laser émis par une fibre optique implantée, mais nécessite des manipulations étendues, un coût élevé, et des chirurgies complexes¹¹. La chimiogénétique implique la livraison de particules virales qui codent un récepteur de concepteur exclusivement activé par des médicaments de concepteur ou DREADDs, qui sont ensuite activés par un ligand spécifique et biologiquement inerte connu sous le nom de clozapine N-oxyde (CNO)¹² . L’avantage d’utiliser des DREADD s’adressent pour manipuler les circuits neuronaux locaux qui régulent les CNS adultes réside dans la facilité et les différentes voies d’administration du CNO. Cela permet une approche moins longue avec une manipulation réduite des animaux, qui est facilement adaptable pour les études à long terme pour moduler les circuits neuronaux.

L’approche décrite dans ce protocole est une collection complète de divers protocoles requis pour interroger avec succès la régulation de circuit de la neurogenèse hippocampal adulte qui combine des techniques d’immunofluorescence et des manipulations de circuit en chimiogénétique. La méthode décrite dans le protocole suivant est appropriée pour stimuler ou inhiber un ou plusieurs circuits simultanément in vivo pour déterminer leur fonction de régulation sur la neurogenèse adulte. Cette approche est mieux utilisée si la question n’a pas besoin d’un degré élevé de résolution temporelle. Les questions nécessitant un contrôle temporel précis de la stimulation/inhibition à une certaine fréquence, peuvent être mieux traitées en utilisant l’optogénétique^13,14. L’approche décrite ici est facilement adaptée pour des études à long terme avec une manipulation minimale des animaux, surtout lorsque le stress est une préoccupation majeure.