Modifications des connexions synaptiques dans le cortex visuel primaire

Modifications des connexions synaptiques dans le cortex visuel primaire

La vision

Chez l’humain, la VISIOn Joue un rôle de premIer plan pour recueillir les informations spatio-temporelles de l’environnement. Environ, le tiers du cortex cérébral serait impliqué de près ou de loin dans l’intégration de stimuli visuels (Nieuwenhuys et al. 2007).

Chez les mammifères, l’expérience sensorielle est nécessaire pour le développement normal des aires sensorielles corticales ainsi que pour la maturation et le raffmement de leurs connexions synaptiques (Wiesel et Hubei 1963; Shatz 1990; Katz et Shatz 1996; Crair et al. 1998; Katz et Crowley 2002; Sur et Rubenstein 2005; Cang et al. 2005; Espinosa et Stryker 2012). Lors du développement, l’établissement des circuits neuronaux est déterminé génétiquement en fonction de l’expression d’une variété de molécules de guidage axonal (Goodman et Shatz 1993; Tessier-Lavigne et Goodman 1996). Cependant, le raffinement et la maturation des nouvelles connexions synaptiques sensorielles sont principalement régis par les nombreux changements locaux de l’activité électrique et métabolique neuronale, qui sont eux-mêmes modifiés par l’expérience sensorielle (Riddle et al., 1993; Zheng and Purves, 1995) .

Lorsqu’il y a la perte de la vision chez un individu en bas âge les mveaux d’activité neuronale sont modifiés ce qui altère le développement normal des aires visuelles corticales (Shatz et Stryker 1978). La perte de la vision entraîne une diminution importante de l’activité visuelle afférente, et conséquemment, des modifications physiologiques et biochimiques importantes dans les connexions synaptiques du cortex visuel de l’individu aveugle.

La perte de la vision

La perte de la VlSlOn peut survemr dans plusieurs types de conditions pathologiques comme le glaucome, la dégénérescence maculaire, le diabète, une tumeur au cerveau, l’anophtalmie congénitale ou suite à des traumas crâniens. Une étude à l’échelle mondiale révèle qu’il y avait environ 733 millions d’individus touchés par une déficience visuelle importante (acuité visuelle inférieure à 6/12) en 2010 et augmenterait à 930 millions d’ici 2020, engendrant des coûts totaux relatifs aux soins de la vision qui avoisineraient les 2800 milliards de dollars américains (Gordois et al. 2012). Considérant l’incidence importante des troubles visuels, il n’est pas étonnant qu’il y ait de nombreuses études qui portent sur les conséquences fonctionnelles, anatomiques et biochimiques de la perte de la vision sur les différents cortex sensoriels primaires.

Modifications fonctionnelles chez les humains

Plusieurs modifications des voies visuelles ont été observées chez des individus ayant perdu la vision en très bas âge, comme une augmentation du métabolisme et du débit sanguin dans le cortex visuel primaire comparativement à des individus voyants ou ayant perdu la vision à l’âge adulte (Wanet-Defalque et al. 1988; Veraart et al. 1990). De plus, certaines études montrent une réduction de la taille (Kitajima et al. 1997; Jiang et al. 2009) et du volume (Pan et al. 2007; Ptito et al. 2008), mais aussi une augmentation de l’épaisseur du cortex visuel primaire chez des sujets aveugles comparativement à des sujets contrôles voyants (Jiang et al. 2009).

Également, des études ont démontré que le cortex visuel pnmaIre est activé lorsqu’un sujet aveugle précoce effectue des tâches auditives (Weeks et al. 2000; Roder et al. 2002; Gougoux et al. 2005; Renier et al. 2010; Renier et al. 2013) et tactiles (Kujala et al. 1992; Sadato et al. 1996; Buchel et al. 1998; Renier et al. 2010; Renier et al. 2013) . Pour expliquer ce phénomène, des études suggèrent que la diminution d’activité visuelle afférente dans le cortex cérébral des aveugles précoces fait intervenir les aires corticales qui sont normalement dévouées aux fonctions visuelles pour bonifier certaines habiletés discriminatives auditives et tactiles (Renier et al. 2010; Renier et al. 2013).

Modifications fonctionnelles chez les animaux 

Des modèles animaux de cécité précoce ou congénitale sont utilisés pour l’étude des effets de la perte complète d’activité visuelle sur les structures sous-corticales et corticales du cerveau. La privation visuelle entraine des modifications importantes du cortex cérébral de ces modèles animaux, notamment la prise en charge du cortex visuel primaire par les modalités sensorielles intactes (Yaka et al. 1999; Izraeli et al. 2002; Kahn et Krubitzer 2002; Piché et al. 2004; Piché et al. 2007) et la présence d’afférences non visuelles au cortex visuel primaire en provenance d’une variété de structures souscorticales et corticales associées aux modalités sensorielles intactes (lzraeli et al. 2002; Karlen et al. 2006).

Par exemple, des études ont mis en évidence une activation auditive (Morrell 1972; Yaka et al. 2000; Bronchti et al. 2002; Izraeli et al. 2002; Chabot et al. 2007; Larsen et al. 2009) et tactile (Toldi et al. 1996; Kahn et Krubitzer 2002) du cortex visuel primaire de modèles animaux de cécité précoce telle qu’observée chez les humains. De plus, des études comportementales ont démontré une meilleure performance des furets (King et Parsons 1999) et des chats (Rauschecker et Kniepert 1994) aveugles lors de certaines tâches de discrimination auditive comparativement à des contrôles voyants. Également, d’autres études comportementales ont mis en évidence une meilleure performance des rats énucléés à la naissance lors d’une tâche qui requiert une plus importante utilisation de leurs vibrisses comparativement à des contrôles voyants (Toldi et al. 1994). Ces études montrent qu’il existerait des similarités entre les interactions intermodales humaines et animales dans le cortex visuel primaire suite à une privation visuelle.

Modifications anatomiques 

Les modifications fonctionnelles observées chez les sujets aveugles précoces suggèrent que la privation visuelle entraîne des modifications anatomiques dans le cortex cérébral, notamment dans les cortex sensoriels primaires, la connectivité corticale et les composantes synaptiques.

Modifications anatomiques corticales
Au niveau des cortex sensoriels primaires, il a été démontré que la privation visuelle entraîne une réduction de la taille du cortex visuel primaire chez les primates (HubeI et Wiesel 1977; Rakic 1988; Dehay et al. 1989), les chats (price et al. 1994), les opossums (Krubitzer 2007; Karlen et Krubitzer 2009), les rats-taupes (Cooper et al. 1993; Bronchti et al. 2002), les souris (Kaiserman-Abramof 1979; Kaiserman-Abramof et al. 1980; Majdan et Shatz 2006; Chabot et al. 2007) et les hamsters (Trevelyan et Thompson 1995; Trevelyan et al. 2007; Desgent et al. 2010) aveugles précoces.

Modifications anatomiques de la connectivité corticale
Tout d’abord, il faut savoir qu’il existe plusieurs types de connexions dans le cortex cérébral, comme les connexions glutamatergiques thalamocorticales qui transportent l’activité excitatrice entre les structures sous-corticales et le cortex cérébral, les connexions glutamatergiques corticocorticales qui transportent l’activité excitatrice entre les différentes aires du cortex cérébral et les connexions GABAergiques intracorticales qui modulent l’activité excitatrice qUi circule dans le cortex cérébral (Bear et al. 2002; Purves 2007).

Au mveau des conneXIOns glutamatergiques thalamocorticales, on devrait s’attendre à ce que leur densité soit diminuée dans le cortex visuel primaire étant donné la baisse des niveaux d’activité visuelle afférente lors de la privation visuelle. Or, des études ont démontré que la densité des connexions thalamocorticales n’est pas significativement diminuée entre le thalamus visuel, le corps genouillé latéral dorsal (CGLd), et le cortex visuel primaire de modèles animaux aveugles précoces (Karlen et al. 2006; Charbonneau et al. 2012). Donc, il est probable que la densité de ces connexions thalamocorticales visuelles soit maintenue par le transport d’activité intermodale vers le cortex visuel primaire.

La privation visuelle pourrait également entraîner une augmentation de la densité de connexions thalamocorticales non-visuelles. En effet, des connexions thalamocorticales entre le cortex visuel primaire et les noyaux thalamiques non-visuels, tels que les noyaux latéraux postérieurs (LP), médiaux antérieurs (AM) et latéraux dorsaux (LD) ont été observés chez divers modèles animaux aveugles congénitaux, énucléés à la naissance ainsi que des modèles animaux voyants (Charbonneau et al. 2012).

Premièrement, les connexions thalamocorticales des noyaux LP ont été observées chez les hamsters (Dursteler et al. 1979) et les souris (Godement et al. 1979; KaisermanAbramof et al. 1980; Garrett et al. 1992; Charbonneau et al. 2012). La privation visuelle entraînerait une augmentation de la densité des connexions thalamocorticales des noyaux LD dans le cortex visuel primaire des souris ZRDCT anophtalmes comparativement aux souris contrôles (Godement et al. 1979; Kaiserman-Abramof et al. 1980).

Deuxièmement, les conneXIOns thalamocorticales des noyaux LD ont été observées chez les campagnols des prairies (Campi et al. 2010), les hamsters (Dursteler et al. 1979), les souris (Garrett et al. 1992; Charbonneau et al. 2012) et les opossums (Kaden et al. 2006). Certaines études montrent qu’une privation visuelle entraîne une augmentation de la densité des connexions thalamocorticales des noyaux LD chez les souris ZRDCT anophtalmes que les souris contrôles (Godement et al. 1979; KaisermanAbramof et al. 1980) tandis qu’une autre étude montre que la privation visuelle entraîne une augmentation de la densité des connexions chez les souris C57B1/6 énucléées comparativement aux souris anophtalmes et contrôles (Charbonneau et al. 2012).

Troisièmement, les conneXIOns thalamocorticales des noyaux AM ont été observées chez les rats (Rieck et Carey 1985) et les souris (Charbonneau et al. 2012). La privation visuelle entraînerait une augmentation de la densité des connexions thalamocorticales des noyaux AM dans le cortex visuel primaire des souris ZRDCT anophtalmes comparativement aux souris C57BV6 énucléées ou voyantes contrôles (Charbonneau et al. 2012).

En somme, les évidences suggèrent que la privation visuelle entraîne une augmentation de la densité des connexions thalamocorticales des noyaux non-visuels chez les souris ZRDCT anophtalmes, mais peu de changements chez les souris énucléées ou voyantes. Aussi, l’augmentation de la densité des connexions thalamocorticales nonvisuelles serait probablement en mesure d’expliquer, avec les conneXlOns thalamocorticales du CGLd, la présence d’activité thalamocorticale et les niveaux élevés d’expression de la protéine c fos dans le cortex visuel primaire des souris ZRDCT anophtalmes dans l’étude de Chabot et collègues.

CONCLUSION

Au laboratoire de neuroanatomie fonctionnelle, la majorité des études sont orientées sur les modifications anatomiques modulées par la perte de la vision dans le cortex cérébral. Afin d’agrandir notre champ de recherche, nous nous . sommes dirigés sur l’étude des modifications biochimiques induites par la perte de la vision sur les différents cortex sensoriels. Nous avons établi un protocole expérimental de toutes pièces comprenant des techniques d’immunobuvardage de type Western et d’extraction de protéines corticales afin d’étudier l’expression de certains indicateurs de l’activité présynaptiques, les transporteurs vésiculaires du glutamate et du GABA,. dans les cortex visuel, auditif et somatosensoriel primaires de modèles animaux adultes aveugles précoces.

Table des matières

CHAPITRE 1 INTRODUCTION
1.1 La vision
1.2 La perte de la vision
1.2.1 Modifications fonctionnelles chez les humains
1.2.2 Modifications fonctionnelles chez les animaux
1.2.3 Modifications anatomiques
1.2.3.1 Modifications anatomiques corticales
1.2.3.2 Modifications anatomiques de la connectivité corticale
1.2.3.3 Modifications anatomiques synaptiques
1.2.4 Modifications biochimiques
1.3 Les transporteurs vésiculaires de neurotransmetteurs
1.3.1 Transporteurs vésiculaires glutamatergiques
1.3.2 Transporteur vésiculaire GABAergique
1.4 Enrichissement sensoriel
1.5 Modèle animaux
1.6 Objectifs de recherche et hypothèses
CHAPITRE II  MATERIEL ET METHODE
2.1 L’environnement expérimental
2.2 Énucléation bilatérale
2.3 Extraction des protéines corticales
2.4 Homogénéisation des protéines
2.5 Dosage des protéines
2.6 Électrophorèse
2.7 Immunobuvardage de type Western (Western Blot)
2.8 Test densitométrique et ImageJ
CHAPITRE III  RESULTATS
CHAPITRE IV DISCUSSION
4.1 Considérations générales
4.2 Modifications des connexions synaptiques dans le cortex visuel primaire
4.2.1 VGluT2
4.2.2 VGluT1
4.2.3 VGAT
4.3 Modifications des connexions synaptiques dans les cortex auditif et
somatosensoriel primaires
4.3.1 VGluT2
4.3.2 VGluT1
4.3.3 VGAT
4.4 Considérations méthodologiques
CONCLUSION

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