Soutenance de thèse de PERRIN Marc-Éric

Résumé de la thèse

La morphologie des dendrites influence la connectivité synaptique et donc la fonction des neurones. Pour mieux comprendre les principes qui régissent la formation des arborisations dendritiques, nous étudions deux sous-classes de neurones sensoriels de l'embryon et de la larve de la mouche Drosophile. Ces neurones, appelés neurones de classes I et IV ont des fonctions et des morphologies très différentes. Les neurones de classe I, qui sont impliqués dans la proprioception, adoptent une géométrie en forme de peigne qui ne couvre qu'une partie de chaque hémisegment de l'embryon puis la larve. En revanche, les neurones de classe IV, qui sont impliqués dans la nociception, déploient un maillage dense innervant l'ensemble des segments. Dans les deux cas, l'arbre dendritique se construit à partir de trois comportements élémentaires : (i) la ramification latérale, où de nouvelles pousses émergent de branches existantes, (ii) la dynamique des extrémités, marquée par l'alternance de phases d'extension et de rétraction, et (iii) la rétraction d'une extrémité lorsqu'elle rencontre une autre branche du même neurone.

Pour identifier les paramètres qui diffèrent entre les deux classes de neurones et, en définitive, déterminent leurs formes respectives, nous combinons de l'imagerie in vivo haute résolution avec des outils d'analyse d'image automatisés afin de quantifier la dynamique de formation des branches en conditions sauvage et perturbées. Afin de prédire l'impact de ces paramètres sur la morphologie finale des neurones, nous réalisons des simulations de la croissance des ces deux classes de neurones in silico, à l'aide de modèles computationnels. Nous montrons que des modèles fondés uniquement sur des incréments indépendants et de courte durée ne parviennent pas à reproduire les morphologies observées. À l'inverse, l'introduction de corrélations à long terme entre incréments, modulées par les microtubules, s'avère indispensable pour rendre compte de la croissance des branches dans les deux classes de neurones. Ces résultats mettent en lumière le rôle central de la régulation des microtubules dans le façonnage de l'architecture dendritique et proposent un cadre quantitatif reliant la dynamique du cytosquelette à la forme des neurones.

La thèse s'articule autour de quatre axes :

1. Développement d'outils de traitement d'images : algorithmes de segmentation, de suivi des branches et de reconstruction neuronale.
2. Modélisation de la croissance fondée sur l'analyse des données : comparaison de plusieurs modèles de croissance des branches, calibrés sur des mesures quantitatives de dynamique.
3. Dynamique du cytosquelette : analyses expérimentales et quantitatives des processus dépendant des microtubules et de l'actine, qui gouvernent la dynamique des branches à court et à long terme.
4. Analyse théorique : modèle mathématique décrivant la morphologie des neurones de classe I comme une conséquence émergente de l'auto-répulsion.