Le projectome à neurone unique révèle l'organisation des voies ascendantes somatosensorielles dans le cerveau de la souris
Contexte académique
Le système somatosensoriel joue un rôle crucial dans la perception des signaux sensoriels divers tels que les stimuli mécaniques, thermiques, douloureux et de démangeaison. Ces signaux sont transmis via différents types de nerfs afférents périphériques à la moelle épinière, où ils sont traités et intégrés de manière complexe avant d’être relayés au cerveau par les neurones de projection spinale (Spinal Projection Neurons, SPNs). Les SPNs sont des nœuds clés du système somatosensoriel, mais leurs modes de projection dans le cerveau et leurs fonctions spécifiques restent encore mal compris. En particulier, les modes de projection des SPNs individuels et la manière dont ils forment des circuits neuronaux complexes dans le cerveau constituent un défi majeur en neurosciences.
Pour mieux comprendre les circuits neuronaux du système somatosensoriel, les chercheurs ont besoin de cartographier à haute résolution les projections des SPNs dans le cerveau. Les études précédentes reposaient principalement sur des techniques de marquage en masse, manquant de résolution au niveau d’une seule cellule, ce qui ne permettait pas de révéler la diversité des projections des neurones individuels. Par conséquent, cette étude vise à construire une carte haute résolution des voies ascendantes somatosensorielles dans le cerveau de la souris en analysant le projetome d’un seul neurone, révélant ainsi les modes de projection des SPNs et des neurones relais centraux ainsi que leurs fonctions.
Source de l’article
Cette étude est le fruit d’une collaboration entre plusieurs équipes de recherche de l’Institut des neurosciences de Shanghai de l’Académie chinoise des sciences, de l’Université des sciences et technologies de Huazhong, de l’Université Fudan, entre autres. Les auteurs principaux incluent Wen-Qun Ding, Wei Song, Xiaoxue Shi, etc. L’article a été publié le 9 juillet 2025 dans la revue Neuron, sous le titre “Single-neuron projectome reveals organization of somatosensory ascending pathways in the mouse brain”.
Processus de recherche
1. Construction du projetome d’un seul neurone
L’étude a d’abord marqué de manière éparse 785 SPNs et 1 464 neurones relais centraux dans la moelle épinière cervicale de la souris en utilisant une technique de marquage rétrograde. Les étapes spécifiques sont les suivantes :
- Injection de virus : Le virus scretro-AAV-Cre a été injecté dans plusieurs régions cibles du cerveau (comme le thalamus, l’hypothalamus, le mésencéphale, etc.), suivi d’une injection du virus AAV-DIO-EYFP dans la corne dorsale de la moelle épinière cervicale pour marquer les SPNs.
- Imagerie et reconstruction : La tomographie par sectionnement micro-optique à fluorescence (Fluorescence Micro-Optical Sectioning Tomography, FMOST) a été utilisée pour obtenir des images haute résolution du cerveau et de la moelle épinière, et l’algorithme semi-automatique “Fast Neurite Tracer” a permis de reconstruire la morphologie complète des neurones.
- Enregistrement des données : Les neurones reconstruits ont été enregistrés dans le cadre de coordonnées communes du cerveau de la souris d’Allen (Allen Common Coordinate Framework, CCFv3) et dans un modèle de moelle épinière cervicale construit spécifiquement.
2. Analyse des modes de projection des SPNs
Les chercheurs ont analysé les modes de projection des SPNs et ont constaté qu’ils projetaient largement vers l’hypothalamus, le thalamus, le mésencéphale, le pont et la moelle allongée. Grâce à une analyse de clustering, les SPNs ont été divisés en 19 sous-types définis par leur projetome, montrant des modes de projection diversifiés. Par exemple, certains sous-types projetaient principalement vers le thalamus, tandis que d’autres projetaient vers le tronc cérébral ou le mésencéphale. De plus, l’étude a révélé que certains SPNs projetaient directement vers le cortex cérébral, un phénomène non rapporté auparavant.
3. Analyse des modes de projection des neurones relais centraux
Les neurones relais centraux sont principalement responsables de la transmission des signaux somatosensoriels vers les régions cérébrales en aval. L’étude a marqué les neurones relais dans le thalamus, le pont, etc., en injectant le virus AAV2/1-CMV-Cre et a reconstruit leur morphologie complète. Les résultats ont montré que les neurones relais thalamiques projetaient principalement vers le cortex sensoriel, le cortex moteur et le cortex d’ordre supérieur, et que les modes de projection des différents sous-types de neurones variaient considérablement dans le cortex. Par exemple, certains sous-types projetaient principalement vers le cortex sensoriel primaire, tandis que d’autres projetaient vers le cortex moteur ou le cortex préfrontal.
4. Analyse des modes de projection parallèles et divergents/convergents
L’étude a révélé que la transmission de l’information somatosensorielle dans le cerveau impliquait à la fois des voies parallèles et des modes de projection divergents et convergents. Par exemple, les SPNs transmettaient l’information vers le thalamus et le tronc cérébral via différentes voies, tandis que les neurones relais thalamiques transmettaient l’information vers différentes régions corticales via plusieurs voies parallèles. De plus, l’étude a identifié de nouvelles voies parallèles, telles que la voie spinale-colliculaire supérieure-tronc cérébral, qui pourraient être impliquées dans la régulation des comportements d’orientation et de défense.
Résultats principaux
Diversité des projections des SPNs : L’étude a révélé que les modes de projection des SPNs étaient hautement diversifiés, un seul neurone pouvant projeter vers plusieurs régions cérébrales. Grâce à l’analyse de clustering, les SPNs ont été divisés en 19 sous-types, montrant des différences significatives dans leur distribution dans la moelle épinière et leurs modes de projection.
Modes de projection des neurones relais centraux : Les modes de projection des neurones relais centraux étaient également diversifiés, les différents sous-types de neurones montrant des modes de projection distincts dans le cortex. Par exemple, les neurones relais thalamiques projetaient principalement vers le cortex sensoriel, le cortex moteur et le cortex d’ordre supérieur.
Modes de projection parallèles et divergents/convergents : L’étude a révélé que la transmission de l’information somatosensorielle dans le cerveau impliquait à la fois des voies parallèles et des modes de projection divergents et convergents. Par exemple, les SPNs transmettaient l’information vers le thalamus et le tronc cérébral via différentes voies, tandis que les neurones relais thalamiques transmettaient l’information vers différentes régions corticales via plusieurs voies parallèles.
Conclusion et signification
Cette étude a, pour la première fois, construit une carte haute résolution des voies ascendantes somatosensorielles dans le cerveau de la souris en analysant le projetome d’un seul neurone. Elle a révélé la diversité des projections des SPNs et des neurones relais centraux et a identifié de nouvelles voies parallèles et modes de projection. Ces découvertes fournissent un cadre structurel important pour comprendre les circuits neuronaux du système somatosensoriel et posent les bases pour les recherches futures sur les mécanismes neuronaux du traitement de l’information somatosensorielle.
Points forts de l’étude
Résolution au niveau d’un seul neurone : Cette étude a révélé pour la première fois les modes de projection des SPNs et des neurones relais centraux au niveau d’un seul neurone, comblant ainsi une lacune dans les recherches précédentes.
Nouvelles voies parallèles : L’étude a identifié de nouvelles voies parallèles, telles que la voie spinale-colliculaire supérieure-tronc cérébral, qui pourraient être impliquées dans la régulation des comportements d’orientation et de défense.
Carte haute résolution des circuits neuronaux : Grâce à des techniques d’imagerie et de reconstruction haute résolution, l’étude a construit une carte haute résolution des voies ascendantes somatosensorielles, offrant une référence importante pour les recherches futures.
Autres informations utiles
Toutes les données et le code de cette étude sont accessibles au public, permettant aux chercheurs d’accéder à ces ressources via le site web dédié pour poursuivre leurs recherches.