Remodelage dépendant de l’expérience de la connectivité synaptique des neurones sensoriels olfactifs du cerveau juvénile au cours d’une période critique au début de la vie

Le remodelage des circuits cérébraux juvéniles au cours de la vie représente la dernière chance pour des changements de connectivité synaptique à grande échelle pour correspondre à l’environnement hautement variable et imprévisible dans lequel un animal naît. En tant que groupe d’animaux le plus abondant, les insectes partagent ce mécanisme fondamental de remodelage de la période critique conservé au cours de l’évolution¹. Les périodes critiques s’ouvrent avec l’apparition de l’entrée sensorielle, présentent des changements de circuit réversibles pour optimiser la connectivité, puis se ferment lorsque les forces de stabilisation résistent à un remodelage ultérieur². Les insectes sont particulièrement dépendants de l’information sensorielle olfactive et présentent une période critique olfactive bien définie. La drosophile fournit un excellent modèle génétique pour étudier cette période critique dépendante de l’expérience dans le cerveau juvénile. L’expérience odorante au cours des premiers jours suivant l’éclosion entraîne des changements frappants de connectivité du circuit dans les glomérules synaptiques ^3,4 identifiés individuellement. La direction du remodelage dépend de l’expérience spécifique de l’odorisant d’entrée. Certains odorisants provoquent une augmentation du volume du glomérule synaptique pendant quelques jours après l’éclosion (dpe)3,5,6,7, tandis que d’autres odorants provoquent une élimination rapide des synapses pendant la période critique de 0-2 dpe, entraînant une diminution du volume d’innervation ^8,9,10. Plus précisément, l’expérience odorante du butyrate d’éthyle (EB) entraîne un élagage synaptique dose-dépendant des neurones récepteurs olfactifs Or42a uniquement pendant cette période critique au début de la vie⁸. L’élimination des synapses est complètement réversible en modulant l’apport d’odorant EB pendant la période critique, mais devient permanente après la fermeture de la période critique. Cet élagage synaptique dépendant de l’expérience olfactive fournit un système expérimental précieux pour élucider les mécanismes temporellement limités sous-jacents au remodelage des circuits cérébraux juvéniles.

Ici, nous présentons un protocole détaillé utilisé pour induire et analyser l’élagage synaptique dépendant de l’expérience EB des neurones sensoriels olfactifs du récepteur Or42a pendant la période critique au début de la vie. Nous montrons que les terminaisons synaptiques Or42a dans le lobe antennaire VM7 glomérule peuvent être spécifiquement marquées en pilotant transgéniquement un marqueur mCD8 ::GFP attaché à la membrane, soit directement fusionné au promoteur Or42a (Or42a-mCD8 ::GFP)¹¹, soit en utilisant le système d’expression binaire Gal4/UAS (Or42a-Gal4 pilotant UAS-mCD8 ::GFP)¹². Les synapses individuelles des neurones Or42a peuvent être marquées de manière similaire à l’aide de l’expression transgénique ciblée de marqueurs de zone active présynaptiques fusionnés à un ensemble de marqueurs fluorescents (par exemple, Bruchpilot ::RFP)⁸ ou à un signal dense en électrons pour les analyses de synapses ultrastructurales (par exemple, miniSOG-mCherry)⁸. Les terminaux synaptiques Or42a peuvent être imagés à l’aide d’une combinaison de microscopie confocale à balayage laser et de microscopie électronique à transmission. Nous montrons que l’élagage synaptique des glomérules Or42a dépend de la dose d’EB, s’adaptant à la concentration de l’expérience odorante chronométrée. Le pourcentage d’odorisant EB dissous dans l’huile minérale utilisée comme véhicule peut varier, de même que la durée de l’exposition à l’odorant chez les animaux en phase de développement. Enfin, nous montrons les méthodes utilisées pour analyser l’étendue de l’élagage des glomérules synaptiques en mesurant l’intensité et le volume de la fluorescence d’innervation VM7. Le nombre de synapses peut également être quantifié en comptant les points synaptiques marqués et en mesurant les paramètres de l’ultrastructure synaptique à l’aide de la microscopie électronique^{à transmission 8}. Dans l’ensemble, le protocole présenté ici est une approche puissante qui permet la dissection systématique des mécanismes cellulaires et moléculaires médiant l’élagage de la connectivité synaptique du circuit olfactif de la drosophile pendant une période critique juvénile. La configuration générale d’exposition aux odeurs décrite dans cette étude a été utilisée dans des études précédentes utilisant d’autres odeurs et dosant d’autres glomérules ^3,7.