Soutenance de thèse de Alexandra ANGELOVA

Le bulbe olfactif (BO) du rongeur est le seul système sensoriel chez les vertébrés qui est sujet à la neurogenèse adulte. Outre l'intérêt évident d'étudier ce système dans le contexte du traitement des odeurs, il représente également un modèle idéal pour étudier comment les réseaux neuronaux sont construits et maintenus par l'interaction entre des programmes génétiques et des stimuli environnementaux. Au cours de la neurogenèse post-natale, des cellules souches prédéterminées résidant dans la zone ventriculo-subventriculaire génèrent continuellement des progéniteurs qui migrent à travers le flux migratoire rostral, se différencient et s'intègrent dans le bulbe olfactif (BO). Bien que la grande majorité des interneurones ainsi produits soient inhibiteurs, une sous-fraction correspond à des interneurones glutamatergiques qui s'intègrent dans la couche glomérulaire superficielle. Étant donné que ces cellules juxtaglomérulaires (CJGs) excitatrices sont situées à l'entrée même du circuit olfactif, là où les neurones sensoriels de l'épithélium nasal établissent des synapses avec les neurones du cerveau, elles exercent probablement une fonction importante dans ce circuit. J'ai donc entrepris d'étudier plus en détail cette population neuronale. Dans mon travail de thèse, j’ai démontré que le facteur de transcription bHLH NeuroD6 est spécifiquement et transitoirement exprimé dans le lignage neurogenique dorsal qui génère les CJGs glutamatergiques pour le bulbe. En raison d'une redondance possible avec les facteurs de la même famille, NeuroD2 et NeuroD1, la fonction de NeuroD6 reste difficile à appréhender. Cependant, les lignées de souris transgéniques NeuroD6Cre et NeuroD6CreERT2 apparaissent comme des outils puissants pour étudier les CJGs glutamatergiques. Par l’analyse du lignage, combinée à une méthode de transparisation du cerveau, j'ai apporté de nouvelles connaissances sur la période de génération des CJGs glutamatergiques, ainsi que sur leur morphologie et connectivité. Les interneurones glutamatergiques représentant une fraction substantielle de l'ensemble de la population CJG et l’unique source locale d'excitation dans le BO, j'ai cherché à élucider leur rôle dans le circuit neuronal du BO. Dans une première approche, j'ai soumis ces neurones à une privation sensorielle et je les ai suivis au cours du temps, de façon chronique, par imagerie in vivo. De façon intéressante, j'ai trouvé que, contrairement aux interneurones GABAergiques du BO, les CJG glutamatergiques survivent dans ces conditions difficiles, suggérant un équilibre homéostatique et dynamique entre excitation et inhibition dans ce système. Dans une deuxième approche, j'ai caractérisé les profils de réponse olfactive des CJG glutamatergiques à l'aide de souris transgéniques GCamp6s, qui expriment un indicateur sensible au calcium, pour examiner l'activité neuronale. J'ai découvert que ces neurones présentent un ensemble diversifié de réponses excitatrices, inhibitrices et mixtes avec différents degrés d'homo- et d'hétérogénéité dans les glomérules individuels. Ces résultats représentent les premières données in vivo sur la réponse olfactive disponibles pour les CJG glutamatergiques et renforcent l'idée que ces neurones agissent comme amplificateurs du signal sensoriel.

The rodent olfactory bulb (OB) is the only sensory system in vertebrates that is subject to adult neurogenesis. Besides the evident interest to study this system in the context of olfactory processing, it also represents an ideal model to study how neuronal networks are built and maintained by the interaction of genetic programs and environmental stimuli. During postnatal OB neurogenesis, predetermined stem cells residing in the ventricular-subventricular zone continuously generate progenitors that migrate through the rostral migratory stream and integrate into the OB. Although the vast majority of these postnatally generated interneurons are inhibitory, a sub-fraction represents glutamatergic interneurons that integrate into the superficial glomerular layer. Given the fact that these excitatory juxtaglomerular cells (JGCs) are situated at the very entry of the olfactory circuit, where the sensory neurons of the nasal epithelium synapse with the brain, they likely exert an important function within the OB circuit. I have thus set out to study this neuronal population in more detail. In the following work I demonstrate that the bHLH transcription factor NeuroD6 is specifically and transitorily expressed in the dorsal neurogenic lineage that generates glutamatergic JGCs for the OB. Due to possible redundancy with closely related factors NeuroD2 and NeuroD1, function of NeuroD6 remains elusive. However, NeuroD6Cre and NeuroD6CreERT2 lines emerge as powerful tools to study glutamatergic JGCs. Using lineage tracing and whole brain clearing, I provide new insight into timing of generation, morphology and connectivity of glutamatergic JGCs. As glutamatergic interneurons represent a substantial fraction of the overall JGC population and the only local source of excitation within the OB, I sought to elucidate their role in the OB circuit. In a first approach, I subjected these neurons to sensory deprivation and followed them over time using chronic in vivo imaging. Interestingly, I found that, contrary to GABAergic OB interneurons, glutamatergic JGCs survive under these challenging conditions, pointing to a possible homeostatic and highly dynamic balance between excitation and inhibition within the OB. In a second approach, I characterized odor-evoked response profiles of glutamatergic JGCs using GCamp6s mice that genetically encode calcium sensitive indicator to monitor neuronal activity. I found that these neurons display a diverse set of excitatory, inhibitory and mixed responses with different degrees of homo- and heterogeneity across individual glomeruli. These results represent the first in vivo data on odor-response available for glutamatergic JGCs and strengthen the notion that these neurons act as signal amplifiers to gate glomerular output.