Application de la photométrie des fibres à l'étude des troubles neurologiques

Scénarios d'application de la photométrie à fibre

Le cerveau humain compte environ 90 milliards de neurones qui sont interconnectés les uns aux autres par des synapses pour former un réseau neuronal complexe, qui permet une variété de fonctions complexes. Le cerveau peut synthétiser et libérer des centaines de neurotransmetteurs et les signaux neuronaux sont transmis entre les neurones par les neurotransmetteurs libérés par les synapses.

Les neurones du cerveau se projettent dans de multiples régions du cerveau par des voies complexes, générant des fonctions abondantes telles que l'apprentissage, la cognition, la dépendance, l'émotion, le contrôle, la motivation, la récompense, etc. Le système de photométrie à fibre peut caractériser l'activité des neurones de la population en détectant les changements de fluorescence d'ions calcium et de neurotransmetteurs. En raison de la facilité d'exécution, les expériences de photométrie des fibres ont été largement appliquées dans la recherche en neurosciences.

Cet article guidera les lecteurs à travers certains scénarios d'application expérimentale de la photométrie des fibres pour aider les lecteurs à mieux comprendre son application dans les troubles neurologiques et partager comment la photométrie des fibres peut faire avancer de nouvelles découvertes.

2.1 Dépression - le mécanisme du circuit moléculaire du comportement dépressif induit par l'abstinence d'opioïdes [1]

La dépression est le type d'aversion le plus courant induit par l'abstinence de drogue. Des études ont montré que les récepteurs k-opioïdes (KOR) sont impliqués dans le comportement de type dépression induit par l'abstinence aux opioïdes, et ce comportement est causé par la réduction de la libération de dopamine (DA) dans le noyau accumbens (NAc). Cependant, le mécanisme moléculaire et le circuit neuronal par lesquels les KOR régulent l'aversion associée à l'abstinence aux opioïdes ne sont toujours pas clairs.

Dans le modèle de souris souffrant de dépression induite par l'abstinence de morphine, Zan et al. utilisé la photométrie des fibres, le patch clamp, la génétique chimique et l'immunohistochimie et d'autres méthodes pour révéler que l'abstinence de morphine active les KOR en augmentant l'expression de la dynorphine, le ligand de KOR dans l'amygdale, activant ainsi p38 MAPK et favorisant l'expression de GLT1. L'augmentation de l'expression de GLT1 réduit l'apport glutamatergique de l'amygdale à NAc, conduisant ainsi à un comportement de type dépression induit par l'abstinence de morphine.

Dans cette étude, Zan et al. a adopté la photométrie des fibres pour détecter l'activité de la projection des neurones BLA-NAc chez les souris abstinentes de morphine et a constaté que les signaux dans le test de suspension de la queue diminuaient rapidement après l'abstinence de morphine, indiquant que l'abstinence de morphine réduisait la transmission synaptique excitatrice de l'amygdale à NAc.

2.2 Mémoire - le circuit hypothalamique régule la neurogenèse hippocampique pour favoriser la récupération de la mémoire et lutter contre les comportements anxieux[2]

La neurogenèse hippocampique adulte est cruciale dans le traitement de la mémoire et des émotions. Les neurones nouveau-nés de l'hippocampe sont générés, matures et intégrés dans les circuits existants de la DG, et ce processus est régulé dynamiquement par l'activité du circuit neuronal. Cependant, l'influence des neurones nouveau-nés de l'hippocampe modifiés par des circuits neuronaux sur la mémoire comportementale animale reste incertaine.

Li et al. concentré sur les différentes étapes du développement ABN modifié par le circuit SuM-DG. Recourant à la photométrie des fibres, à l'optogénétique, à la génétique chimique, au patch-clamp et au traçage de la lignée, ils ont révélé que le circuit SuM-DG modifiait les neurones nouveau-nés de l'hippocampe adulte pour favoriser la récupération de la mémoire et lutter contre l'anxiété.

Dans cette étude, Li et al. ont utilisé la photométrie des fibres pour détecter l'activité de la projection neuronale SuM-DG et ont dévoilé que dans un environnement enrichi (EE), l'activité des neurones SuM chez la souris augmentait de manière significative. Après l'ablation de SuM, la réponse neuronale induite par l'EE et l'amélioration comportementale induite par l'ABN ont été éliminées, ce qui indique que l'ABN modifié par le circuit SuM-DG peut réguler le comportement de la mémoire.

2.3 Psychose - La signalisation mPFC-Notch1 médie la psychose induite par le METH via la suppression dépendante de Hes1 de l'expression du récepteur GABAB1 [3]

La méthamphétamine (METH) est une drogue stimulante largement consommée. L'utilisation à haute dose ou à long terme de METH peut induire une psychose (MIP). Actuellement, on sait peu de choses sur sa pathogénie. Bien qu'il ait été prouvé que la voie de signalisation Notch1 joue un rôle dans la pathogenèse de certains troubles psychiatriques, son rôle dans le MIP n'est toujours pas clair.

Dans le modèle de souris METH, Ni et al. découvert un mécanisme dépendant du récepteur Notch1-Hess1-GABAB1 jusque-là non reconnu impliquant la régulation de l'activité neuronale mPFC et des phénotypes comportementaux dans le MIP en utilisant la photométrie des fibres, l'immunohistochimie, la WB, la PCR et des méthodes comportementales, et a proposé une association importante entre la signalisation Notch1 et le MIP- neuroplasticité associée.

Dans cette étude, afin de vérifier si l'activité des neurones mPFC dans les déficits de mouvement induits par le METH est liée à la signalisation Notch1, Ni et al. a régulé à la baisse l'expression NICD des neurones mPFC via le shRNA et a utilisé la photométrie des fibres pour enregistrer simultanément les signaux calciques des neurones mPFC. Les résultats ont montré que le signal calcique diminuait significativement après l'administration aiguë de METH au jour 1, tandis qu'au jour 23, le signal calcique diminuait significativement et revenait à la normale peu de temps après l'administration. Pendant ce temps, le signal de calcium a diminué de manière significative par rapport à celui avant l'administration. Cependant, lorsqu'il a reçu une solution saline normale, aucun changement significatif n'a été observé dans les signaux de différents groupes dans la phase aiguë et la phase d'expression, ce qui indique que la régulation à la baisse du NICD dans le mPFC peut atténuer l'activité neuronale des souris sensibilisées.

2.4 Douleur - nouveau mécanisme d'analgésie médié par la voie VPMntng1-S1B [4]

Lorsqu'une partie de notre corps est blessée, nous la frottons ou la massons souvent instinctivement pour réduire la douleur. Ce phénomène est appelé analgésie par le toucher. Pour le mécanisme de l'analgésie par le toucher, le cortex somatosensoriel primaire (S1) traite principalement les informations vibro-tactiles, mais le rôle exact de S1 dans la nociception est encore débattu. On sait relativement peu si et comment S1 traite les informations de nociception faciale.

Lu et al. ont établi un modèle comportemental d'analgésie par le toucher. À l'aide de techniques expérimentales telles que la photométrie des fibres, la chimiogénétique, l'imagerie calcique in vivo, l'immunohistochimie, l'évaluation comportementale, etc., ils ont observé que, pour les souris, les signaux tactiles générés par le fouettage pouvaient considérablement soulager la nociception faciale et bloquer le cortex thalamus-baril. (S1B) circuit dont dépend cette transmission du signal tactile conduit à la disparition de cette analgésie. En analysant les signaux calciques des neurones S1B, les auteurs ont découvert que le fouettage altérait le traitement du signal nociceptif dans les neurones S1B et avançait la transition de l'état neuronal induit par des stimuli nocifs vers des actions non nocives. Cette étude montre que S1B intègre les signaux tactiles et nocifs du visage pour permettre l'analgésie par le toucher.

Dans cette étude, Lu et al. a utilisé la technologie de photométrie à fibre pour détecter si le signal tactile généré par le fouet dépend des neurones exprimant Ntng1 dans le noyau médial postérieur ventral (VPM) du thalamus (VPMNtng1). Il a été observé que les neurones VPMNtng1 répondaient plus fortement à un stimulus soufflant inoffensif (bouffée d'air) qu'à un stimulus nocif (stimulus thermique ou mécanique) et cela était cohérent avec le rôle du VPM de transmettre des signaux tactiles, indiquant que le signal tactile généré par le fouet peut en effet supprimer la nociception faciale.

Dans toutes ces études ci-dessus, les chercheurs ont utilisé le système de photométrie à fibre RWD qui a facilité la mise en œuvre fluide de l'expérience. Le système de photométrie à fibre RWD a aidé les travaux de recherche scientifique de plus de 100 universités nationales et étrangères, telles que l'Université de Pékin, l'Université du Zhejiang, l'Université de Stanford, l'University College de Londres, etc., et a contribué à la publication des résultats de recherche par divers groupes de recherche. dans les meilleures revues académiques telles que Nature Neuroscience.

9 canaux, 3 longueurs d'onde de sources lumineuses d'excitation.

Les détecteurs très sensibles fournissent une acquisition de signal stable sans perte de trame.

Plus de 20 types de marquage permettent une définition flexible des exigences expérimentales

Enregistrement de fluorescence et enregistrement vidéo comportemental intégrés

Les fonctions d'enregistrement et d'analyse professionnelles permettent le traitement des données en un seul clic.

Les références:

Zan Gui-Ying, Wang Yu-Jun, Li Xue-Ping et al. Le transporteur 1 de glutamate à régulation positive dépendant du récepteur κ-opioïde amygdalaire induit des comportements dépressifs d'abstinence aux opioïdes. [J] .Cell Rep, 2021, 37 : 109913.

Li Ya-Dong, Luo Yan-Jia, Chen Ze-Ka et al. La modulation hypothalamique de la neurogenèse hippocampique adulte chez la souris confère une régulation dépendante de l'activité de la mémoire et du comportement de type anxieux. [J] .Nat Neurosci, 2022, 25 : 630-645.

Ni Tong, Zhu Li, Wang Shuai et al. La signalisation Notch1 du cortex préfrontal médian médie la psychose induite par la méthamphétamine via la suppression dépendante de Hes1 de l'expression des récepteurs GABA. [J] .Mol Psychiatry, 2022, 27 : 4009-4022

Lu Jinghao, Chen Bin, Levy Manuel et al. Signature corticale somatosensorielle de la nociception faciale et de l'analgésie vibrotactile induite par le toucher. [J] .Sci Adv, 2022, 8 : eabn6530.