Observation des structures neurales entre le cortex et le thalamus dans le cerveau du marmouset à l’aide du FLUOVIEW FV3000

Le cortex préfrontal est disproportionné chez l’homme et est responsable des fonctions cognitives et exécutives avancées. Son dysfonctionnement peut provoquer des troubles psychiatriques tels que la schizophrénie et la maladie d’Alzheimer. Le cortex préfrontal chez la souris a été activement étudié, mais il lui manque une région correspondant à la couche granulaire du cortex frontal, ce qui suggère une grande différence structurelle avec celle des primates. La recherche sur des modèles de primates est donc importante pour établir le lien entre les études sur la souris et l’homme. Notre groupe de recherche utilise le marmouset, un petit singe originaire d’Amérique du Sud, comme primate modèle.

Dans cette expérience, nous avons étudié les interactions entre le cortex préfrontal et le noyau réticulaire thalamique (TRN), qui est un groupe de neurones inhibiteurs entourant le thalamus. Le TRN agit comme une porte contrôlant la transmission des informations du cortex cérébral vers le thalamus. Nous avons étudié la morphologie détaillée des fibres axonales dans le TRN, qui s’étendent du cortex préfrontal au thalamus.

Figure 1. Schéma représentant comment les axones neuronaux pénètrent dans le thalamus depuis le cortex préfrontal à travers le noyau réticulaire thalamique. Le noyau réticulaire thalamique agit comme une porte menant au thalamus.

Imagerie macro à micro à l’aide d’une procédure simple

Les fibres axonales provenant du cortex préfrontal traversent un couloir appelé la capsule interne en un faisceau épais. Ce faisceau d’axones pénètre dans le thalamus par la partie antérieure du TRN, où il présente des morphologies complexes en se divisant et en se réorientant. Pour identifier avec précision le TRN, nous avons utilisé le marqueur PV (parvalbumine) (figure 1).

La fonction macro à micro du microscope confocal à balayage laser FLUOVIEW FV3000 lie directement entre elles les vues macro et micro d’imagerie confocale. Nous avons utilisé cette fonction pour prendre une vue d’ensemble à faible grossissement des fibres axonales du cortex préfrontal passant par les cellules positives pour la PV, puis nous sommes passés à un fort grossissement pour observer les ramifications des fines fibres axonales et les terminaisons nerveuses semblables à des boutons.

Pour l’observation à fort grossissement, un objectif à immersion dans l’huile de silicone a été utilisé pour observer en détail en haute résolution la partie la plus profonde de l’échantillon. À faible grossissement, nous ne pouvions observer que des fibres axonales épaisses traversant le TRN. Avec un objectif à immersion dans l’huile de silicone de 40X, nous avons pu voir que les fibres traversant le TRN étaient finement ramifiées et décorées d’innombrables structures granulaires en forme de bouton (figure 2).

Figure 2. Utilisation de la fonction macro à micro pour cartographier l’endroit où les fibres axonales rencontrent le TRN lorsqu’elles se dirigent vers le thalamus depuis le cortex préfrontal du cerveau du marmouset. Les neurones TRN étant composés de neurones inhibiteurs positifs pour la PV, ils peuvent être identifiés par les anticorps anti-PV (rouge). Le vert correspond terminaisons axonales du cortex cérébral et le cyan correspond aux noyaux.

Conditions d’imagerie
Microscope : microscope confocal à balayage laser FLUOVIEW™ FV3000
Laser : 405 nm (DAPI, cyan), 488 nm (GFP, vert), 561 nm (parvalbumine, rouge)

a. Objectif : PLAPON1.25X; assemblage : 3 × 3 ; échelle graphique : 3000 μm
b. Objectif : UPLXAPO10X ; assemblage : 2 × 2, échelle graphique : 300 μm
c. Objectif : UPLSAPO40XS ; assemblage : 2 × 2, 73 plans ; échelle graphique : 30 μm (seuls le vert et le rouge sont affichés)

Observation tridimensionnelle à haute résolution de la structure fine des fibres axonales

Une image d’empilement de plans focaux a ensuite été prise à l’aide d’un objectif à immersion dans l’huile de silicone de 100X pour la reconstruction tridimensionnelle (figure 3). Nous avons pu observer les structures tridimensionnelles détaillées des granules en forme de bouton qui entourent les neurones TRN.

Commentaire du Dr Watakabe

Dans cette expérience, nous avions besoin de passer d’un objectif de faible grossissement à un objectif de fort grossissement. Grâce à la fonction de cartographie macro à micro du microscope FV3000, nous avons pu effectuer simplement cette transition et parcourir la vue d’ensemble du cerveau tout en prenant des images de la structure fine à fort grossissement. L’utilisation d’un objectif à immersion dans l’huile de silicone nous a permis d’observer la morphologie fine des terminaisons nerveuses en forme de bouton.

Contexte de la recherche

Cette recherche a été menée dans le cadre du projet « Brain Mapping by Integrated Neurotechnologies for Disease Studies » (Brain/MINDS). Ce projet vise à approfondir notre compréhension des troubles psychiatriques et neurologiques chez l’homme et éventuellement à les surmonter en examinant les circuits neuronaux du modèle primate. Le Dr Watakabe fait partie d’un groupe de recherche chargé de cartographier la structure cérébrale du marmouset, plus particulièrement les connexions du cortex préfrontal.

Articles connexes :
Okano, H., Sasaki, E., Yamamori, T., Iriki, A., Shimogori, T., Yamaguchi, Y., Kasai, K., Miyawaki, A. “Brain/MINDS:.” Neuron., 2016, Nov. 2;92(3):582-590. doi:10.1016/j.neuron.2016.10.018.

Apport du microscope confocal à balayage laser FV3000 à notre expérience

Objectifs à immersion dans l’huile de silicone permettant de prendre des images lumineuses d’échantillons de tissus épais

La gamme d’objectifs à immersion dans l’huile de silicone à hautes performances d’Olympus permet de réaliser des observations en haute résolution des tissus profonds d’échantillons transparents. L’indice de réfraction de l’huile de silicone (environ 1,40) étant proche de l’indice de réfraction des tissus vivants (environ 1,38), ces objectifs, en évitant l’aberration sphérique causée par la différence des indices de réfraction, permettent l’acquisition d’images 3D des structures tissulaires avec une haute définition.