Plasticité intermodale chez le hamster énucléé à la naissance : Études de la distribution des interneurones CaBPir dans les cortex visuel et auditif primaires

Abstract

La période postnatale et l’expérience sensorielle sont critiques pour le développement du système visuel. Les interneurones inhibiteurs exprimant l’acide γ-aminobutyrique (GABA) jouent un rôle important dans le contrôle de l’activité neuronale, le raffinement et le traitement de l’information sensorielle qui parvient au cortex cérébral. Durant le développement, lorsque le cortex cérébral est très susceptible aux influences extrinsèques, le GABA agit dans la formation des périodes critiques de sensibilité ainsi que dans la plasticité dépendante de l’expérience. Ainsi, ce système inhibiteur servirait à ajuster le fonctionnement des aires sensorielles primaires selon les conditions spécifiques d’activité en provenance du milieu, des afférences corticales (thalamiques et autres) et de l’expérience sensorielle. Certaines études montrent que des différences dans la densité et la distribution de ces neurones inhibiteurs corticaux reflètent les caractéristiques fonctionnelles distinctes entre les différentes aires corticales.

La Parvalbumine (PV), la Calretinine (CR) et la Calbindine (CB) sont des protéines chélatrices du calcium (calcium binding proteins ou CaBPs) localisées dans différentes sous-populations d’interneurones GABAergiques corticaux. Ces protéines tamponnent le calcium intracellulaire de sorte qu’elles peuvent moduler différemment plusieurs fonctions neuronales, notamment l’aspect temporel des potentiels d’action, la transmission synaptique et la potentialisation à long terme. Plusieurs études récentes montrent que les interneurones immunoréactifs (ir) aux CaBPs sont également très sensibles à l’expérience et à l’activité sensorielle durant le développement et chez l’adulte. Ainsi, ces neurones pourraient avoir un rôle crucial à jouer dans le phénomène de compensation ou de plasticité intermodale entre les cortex sensoriels primaires.

Chez le hamster (Mesocricetus auratus), l’énucléation à la naissance fait en sorte que le cortex visuel primaire peut être recruté par les autres modalités sensorielles, telles que le toucher et l’audition. Suite à cette privation oculaire, il y a établissement de projections ectopiques permanentes entre les collicules inférieurs (CI) et le corps genouillé latéral (CGL). Ceci a pour effet d’acheminer l’information auditive vers le cortex visuel primaire (V1) durant le développement postnatal. À l’aide de ce modèle, l’objectif général de ce projet de thèse est d’étudier l’influence et le rôle de l’activité sensorielle sur la distribution et l’organisation des interneurones corticaux immunoréactifs aux CaBPs dans les aires sensorielles visuelle et auditive primaires du hamster adulte. Les changements dans l’expression des CaBPs ont été déterminés d’une manière quantitative en évaluant les profils de distribution laminaire de ces neurones révélés par immunohistochimie.

Dans une première expérience, nous avons étudié la distribution laminaire des CaBPs dans les aires visuelle (V1) et auditive (A1) primaires chez le hamster normal adulte. Les neurones immunoréactifs à la PV et la CB, mais non à la CR, sont distribués différemment dans ces deux cortex primaires dédiés à une modalité sensorielle différente. Dans une deuxième étude, une comparaison a été effectuée entre des animaux contrôles et des hamsters énucléés à la naissance. Cette étude montre que le cortex visuel primaire de ces animaux adopte une chimioarchitecture en PV similaire à celle du cortex auditif.

Nos recherches montrent donc qu’une suppression de l’activité visuelle à la naissance peut influencer l’expression des CaBPs dans l’aire V1 du hamster adulte. Ceci suggère également que le type d’activité des afférences en provenance d’autres modalités sensorielles peut moduler, en partie, une circuiterie corticale en CaBPs qui lui est propre dans le cortex hôte ou recruté. Ainsi, nos travaux appuient l’hypothèse selon laquelle il serait possible que certaines de ces sous-populations d’interneurones GABAergiques jouent un rôle crucial dans le phénomène de la plasticité intermodale.

The postnatal period and sensory experience are critical for the development of the visual system. The inhibitory interneurons expressing the γ-aminobutyric acid (GABA) play an important role in the control of neural activity, refinement and treatment of sensory information which reaches the cerebral cortex. During development, when the cerebral cortex is very likely to be influenced by extrinsic factors, GABA acts in the formation of critical period of receptivity as well as in experience dependent plasticity. Thus, this inhibitory system adjusts the functioning of the primary sensory areas according to the specific conditions of activity from the environment, cortical afferents (e.g. of thalamic origin), and sensory experience. Several studies show that differences in the distribution and density of these inhibitory interneurons tend to reflect functional discrepancies between the different neocortical areas.

Parvalbumin (PV), Calretinin (CR) and Calbindin (CB) are calcium-binding proteins (CaBPs) found in different sub-populations of GABAergic cortical interneurons. These proteins buffer intracellular calcium levels, which can in turn modulate several neural functions, notably the temporal aspect of action potentials, synaptic transmission and long-term potentiation. Several recent studies are showing that CaBPs immunoreactive (ir) interneurons are also very sensitive to experience and sensory activity during development and adulthood. Therefore, these neurons may have a critical role in intermodal plasticity or compensatory processes between primary sensory cortices.

In the hamster (Mesocricetus auratus), after enucleation at birth, the primary visual cortex can be recruited by other sensory modalities such as touch and audition. After this type of visual deprivation, there is establishment of permanent ectopic projections between the inferior colliculus (IC) and the lateral geniculate nucleus (LGN). This phenomenon leads to the rerouting of auditory information to the primary visual cortex (V1) during postnatal development. By using this animal model, the general objective of this thesis is to study the influence and the role of sensory activity on the distribution and organization of cortical interneurons that display immunoreactivity for CaBPs in the primary visual and auditory sensory areas in adult hamsters. Changes in the expression of CaBPs were quantitatively determined by assessing the laminar distribution profiles of cell bodies revealed by immunohistochemistry.

In the first experiment, we studied laminar distribution of CaBPs in the primary visual (V1) and auditory (A1) cortices of normal hamsters. PVir and CBir, but not CRir neurons, are distributed in a dissimilar fashion between the two primary cortices devoted to each sensory modality. In the second study, a comparison was performed between control animals and hamsters which were enucleated at birth. The results of this study show that the primary visual cortex of these animals adopts a PVir chemoarchitecture similar to that of the auditory cortex.

Our research shows that the abolition of visual activity at birth can influence the expression of CaBPs in V1 of the adult hamster. The present results also suggest that the type of activity in afferents from other sensory modalities can at least in part modulate the cortical circuitry of CaBPs in the host or recruited cortex. Thus, our work supports the hypothesis that sub-populations of GABAergic interneurons may play a critical role in the intermodal cortical plasticity.