TD-Neurobiologie –Eric Maubert PDF

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Summary

Cette unité fait partie de l'UE18 pour Licence 2 (Emotions, psychophysiologie, psycopharmacologie). Cette fichier contient tous les cours de travaux pratique de prof. Eric Maubert pour cette unité - Psychopharmacologie...

Description

TD : Neurobiologie Eric Maubert Modulation of anti-tumor immunity by brain’s reward system: Ben-Shaanan et al (2018) La contrôle du système immunitaire est le majeur facteur dans le thérapie de cancer. Les réponses anti-tumorales immunitaires peuvent être modulées par le système de récompense qui est impliqué dans le processus d’émotion. L’expérimentateur a fait une activation de système de récompense dans la souris porteuses de tumeurs utilisant chimiogénétique pour réduire le poids de tumeur. Cet effet a été médiée vers le système sympathique et il se manifeste par une entrée noradrénergique atténuée vers la moelle osseuse. Le myéloïde dérivent des cellules suppressives qui se développent dans la moelle osseuse et elles sont devenues moins immunosuppresseur après l’activation du système de récompense. Ces cellules sont à la fois nécessaires et suffisantes pour assurer la médiation du système de récompense et les effets sur la croissance tumorale. Le système de récompense est impliquée dans les émotions positives et ses résultats introduisent un mécanisme physiologique par lequel l’état psychologique du patient peut impacter l’immunité anti-tumoral et la progression de cancer.

VIDEO 1 : The brain dictionary La technique d’IRMf permet le trt neurovasculaire. Un même mot peut activer les différentes régions de cerveau en même temps. Dans les différentes régions sont les différentes catégories de mots, ex. le mot « top » peut s’apparait dans plusieurs régions, dans deux hémisphères où il va associer différente signification. Ca nous permet de faire les grandes régions cérébrales associées aux différentes catégories. On a les variations sémantiques individuelles. La carte sémantique dépend d’un individu a l’autre. Mais les cartes de catégories sont constantes (ex. la mathématique est dans le même région chez tous les individus). VIDEO 2 : Neuroscience : Crammed with connection A coté d’une dendrite il y d’autre et il y interaction entre eux qui prévient de différents neurones. Il y des cellules gliales qui soutient les dendrites mais aussi ils permettent la communication entre les neurones au niveau des synapses. Pour éviter la dépression on doit agir sur toutes les molécules de sérotonine dans le cerveau. Microscopie électronique permet de faire l’image 3D de neurones.

 Ce qui va déterminer la localisation de tel ou tel région cérébrale c’est la génétique, et l’épigénétique va faire les différences interindividuelles.

 Exemple de l’expression spécifique de certains gènes (le gène codant la protéine OCC1 s’exprime dans des neurones du cortex occipital (aire visuelle V1)

Les ARNs messages vont donner les protéines. Le gène est présent dans toutes les cellules dans le cerveau. Dans quelle cellule le gène est exprimé ? Dans labo on connait tout les génomes et on peut faire un outil est changer les bases (génome). Il va se créer un signal qu’on peut observer sur microscope. C’est une technique d’hybridation. On observe que les ARM messages sont présents dans le cortex occipital et se sont les neurones dans lesquels s’expriment se gènes là, Les gènes vont s’expriment dans les régions specifique en fonction de ces programmations génétiques. L’organisation intero-postérieur, dorso-ventral et latéralité vont nous montrer que les gens ont castrale commune qu’on retrouve au cours de l’évolution. Chez tous les espèces il y des gènes qui vont traiter le tel ou tel mot, ou la sémantique. La programmation génétiques va organiser précisément le dvpt de notre cerveau et on voit qu’on tous le cerveau pareil.

I.

Epigénétique :

Etude réalisée chez des rats. Les auteurs confirment que : si, dans les 12 heures après la naissance, la mère n’assure pas la toilette de ses petites (léchage, nettoyage « grooming ») alors les ratons deviennent particulièrement anxieux en grandissant. Mais aussi, que cette anxiété est associée à une diminution de l’expression d’un gène codant pour un des récepteurs aux glucocorticoïdes (GR – cortisol) dans l’hippocampe. La portion chromosomique du gène présente un hyperméthylation (modification chimique due a des enzymes)  faible taux de transcription du gène codant le récepteur il y a donc peut de protéine (ici récepteurs aux glucocorticoïdes. Les modifications épigénétiques sont réversibles. Si il y moins d’ARNs messages il y moins des protéines.

Les modifications épigénétiques peuvent se faire au niveau de l’ADN. Epigénétique fait les différences entre les individus à la fin.

 Jumeaux homozygotes (exactement le même gène) – même cellule qui se divisent de point de vue épigénétique. Dès l’âge de 3 ans on peut voir les différences entre les enfants qui sont plus marquées dès 5 ans. Ces jumeaux ont les mêmes stimulations au même moment. Mais dans le période critique de dvpt si un des jumeaux a différent environnement, ca va avoir conséquences au niveau épigénétique, c-a-d modification au niveau de génome.

Chaque individu est soumis au programme génétiquement déterminé (génétique). Ce programme génétique peut être modifié avec finesse en réponse à des conditions environnementales afin de modeler les caractéristiques uniques de chaque individu (épigénétique). Ca va créer des circuits qui va être différent d’un individu à l’autre qui va influer la connexion entre les neurones. La génétiques fera que des neurones du cortex occipital seront obligatoirement en relation indirecte avec l’œil (cf. voies visuelles. Idem pour auditif, moteur, etc.

● Influences extrinsèques Les influences extrinsèques font les différences de génétiques et faire la modification de circuits : - Stimulation nerveuses (attention maternelle/paternelle, stress, environnement, apprentissages, mémoires) - Stimulation métaboliques (nutrition) - Stimulation pharmacologiques (drogues, etc.)

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II.       

Les techniques d’étude du cerveau en fonctionnement/ circuitome

IRMf, TEP, EEG (potentiels évoqués), MEG (magnétoencéphalographie et champs magnétiques évoqués) Quand le neurone s’active on a une réponse hémodynamique. Couplage neuro-vasculaire : le débit sanguin augmente à proximité des neurones activés pour amener l’O2 et le Glc Signal BOLD : Blood-oxygen-level dependent contrast imaging ou BOLD-contrast imaging Degré d’oxygénation du sang si activité de neurones  on apporte plus d’O2 L’oxygène est transporté par une protéine sanguine : l’hémoglobine Résolution spatiale = 1 voxel (1-2 mm3) (chez les personnes on compare les voxels et pixels pour savoir le degré d’activation émotionnelle)

Combien de corps cellulaires alignés sur un mm? 1µm = 1000mm = 1x10-3m = 0.001m 20µm de diamètre

1- Résolution spatiale : Dans un voxel combien de neurones alignés sur 1mm? diamètre du corps cellulaire = 20µm en moyenne  50 si collés. Les neurones (corps cellulaires) des neurones ne sont pas colles les uns aux autres dans un cortex. On estimera à 20 dans un mm. Nombreux neurones dans un voxel de 8mm3. 40 (2x20) x 40 x 40 = 64 000 dans un voxel !

2- Résolution temporelle : TDR (temps de réactions) visuels/ auditifs simples Perception d’une émotion visuelle, auditive, etc. TDR simple (appuyer sur un bouton du clavier avec la main dominante si un stimulus lumineux apparait au centre de l’écran) ou si un son pur est perçu. Vitesse de la lumière : 300 000 000 m/s Vitesse du son : 300 m/s Tout va dépendre de nos cellules réceptrices visuelles. Pourquoi le TDR est plus rapide ? La réponse liée dans les organes…. La transduction du signal est plus rapide dans les cellules ciliées qui permettent la détection des ondes sonores que dans les photorécepteurs (cônes et bâtonnets) qui permettent la vision.

Transduction = transformation d’un phénomène en un autre. C’est une transduction mecano-bioelectrique dans les cellules ciliées.

Si on regarde les cils de la cellule on perçoit que il y des canaux ioniques a cote d’eux sont les protéines qui activent les cils. On a potentiel de récepteur sensoriel qui va permettre libération de neurotransmetteurs dans la synapse, l’exocytose. Ca va créer PPSE qui va permettre le potentiel d’action. Ca ce qui se passe dans une cellule ciliée.

III.

Transduction chimio-bioélectrique dans les photorécepteurs rétiniens

Pour stimuler le neurone qui ramène l’information au SNC, il y une transduction chimio-bioélectrique. L’énergie véhiculée par la lumière modifie des protéines dans les photorécepteurs et engendre une cascade de réactions biochimiques qui finissent par ouvrir des canaux ioniques. Les canaux ioniques vont s’ouvrir avec l’entrée de potassium et sodium. Cela induit la libération de neurotransmetteurs qui activent les cellules rétiniennes qui forment des synapses avec les photorécepteurs. (cf après organisation de rétine)

Traitement rétinien de l’info visuelle Il n’y pas de traitement cochléaire de l’information auditive Il y intervention des autres cellules que d’oreille et axones qui constituent les nerfs optiques. Dans la cochlée, les cellules ciliées (perçoivent les variations de pression) sont directement en contact avec les neurones qui ramènent les potentiels d’action au SNC via voies auditives. Glutamate = récepteur excitateur. Le récepteur qui fixe le glutamate est couplé de protéine G. Il y une synapse qui va utiliser un récepteur ionotropique. Le récepteur change la forme et se fait le PPSE qui va s’activer s’il arrive a -40mV.

La protéine G va activer le second messager puis le phosphate vers le canal chimio dépendant qui arrive à PPSE.

Il y canaux ionique – quand le potentiel d’action de canaux calcique (Ca+) de voltage dépendant qui permet entrée de calcium et puis active la protéine qui intervient dans l’exocytose qui libère le glutamate.

● Exercice circuit et temps  Vitesse de conduction 1750 ms pour une synapse. Mais parce qu’on a trois synapses on multiplie avec 3, pour obtenir la réponse. (свака ѕвездичка е една синапса – слика диапо)

 La vitesse de conduction de potentiel d’action dépend de myéline d’un part (s’il y myéline le PA va se propager plus rapide) et le diamètre de l’axone.

IV.

Technique chimio-génétique – modification de génétique du virus

L’état psychologique de l’individu peut gérer la tumeur. 1. diapo Comment on peut modifier génétiquement le virus ? Le complexe initiateur de la transcription – on est toutes ces protéines fixées pour essayer à voir la transcription de ce gène. Une autre protéine qui va venir va modifier tous ce complexe initiateur de la transcription. a.

Les facteurs de transcription – régulation de la transcription

Des protéines (les facteurs de transcription) se fixent sur le promoteur des gènes. Puis, après activation du complexe de transcription par des protéines activatrices, L’ARN polymérase peut faire son travail (la transcription du gène). Chimiogenetique : récepteur qui vont être activées par des drogues artificielles, synthétiques. Ca peut être un récepteur génétiquement modifié qui sera activé exclusivement par le ligand synthétique artificiel.

Comme récepteur on peut prendre l’acétylcholine qui est un NT peut se fixer sur deux grandes types de récepteurs : - soit sur part de récepteur nicotiniques (ionotropique), soi - récepteur muscariniques (metabotropiqus) Le gène du récepteur muscarinique a été muté pour faire un récepteur induisant des PPSE en étant exclusivement active par une substance exogène artificielle le CNO. Il ne répond plus à l’acétylcholine ! La substance, le ligand, est le CNO. C’est une partie molécule synthétique qui n’existe par naturellement dans le SNC et qui active le récepteur muté. On fait exprimer le récepteur muté dans les corps cellulaires des neurones de l’aire tegmentale ventrale. Pour faire ca on va utiliser la technique de tranfection virale – c’est une technique qui va permet d’amener des gènes à l’intérieur de neurone.

V.

Technique de tranfection virale

On a l’ADN viral dans lequel on a mis la séquence d’ADN contenant le promoteur du gène de la synapse, le gène d’une protéine fluorescente associe ou non à celui du récepteur muté. Sous le promoteur du gène de la synapsine il y séquence du gène codant une protéine fluorescente de corail (mcherry) et on va obtenir le récepteur muté et d’une protéine fluorescente (mCherry). Le virus va contaminer les cellules et détourner le métabolisme des cellules afin de proliférer et construire les protéines correspondant à son génome et au génome intégré. Il produit la protéine fluorescente (mCherry, dans les deux cas) et le récepteur muté (traité). On va amener le virus au niveau de neurone de l’aire tegmental vetral. C’est pour ca on utilise le promoteur du gène de synapsine qui est une protéine de neurone, elle ne s’exprime que de neurone. Le facteur de transcription qui se met sur le promoteur est les facteurs de transcription de neurone. Les facteurs de transcription vont pouvoir se fixer sur le promoteur. Si on injecte le virus dans le souris on va faire un traitement chimique avec un liguant de récepteur. La région promotrice du gène codant est impliquée dans l’injection de virus de l’ADN. ● On va faire injection stéréotaxique de virus témoin ou de virus traité. On va attendre 30 jours avec deux groupes de souris. Pendent 30 jours on va injecter les cellules cancéreuses chez les deux groupes et puis quotidiennement on va amener le liguant qui activent le récepteur muté dans le grp contrôle est traité. Seuls les animaux ayant reçu le virus avec le gène du récepteur auront les neurones de l’aire tegmental

ventral activés. Apres qq jours de traitement on va analyser la taille de tumeur.

Si on donne le virus du neurone de l’aire tegmental ventral on aura des ARNm de mcherry et du récepteur qui font la traduction et production des protéines. Ce sont les protéines mcherry qui donnent la fluorescence et puis ces protéines vont s’intégrer à la membrane.

Stéréotaxie = être capable d’accéder à des neurones de cerveau grâce à des repérer externes. On met dans un cadre stéréotaxique pour attendre les neurones qui nous intéresse. C’est très important pour opérer l’humain avec tumeur. On va voir avec l’IRM ou se trouve la tumeur pour l’opérer. On peut chez l’homme Atlas stéréotaxique permettent d’atteindre les neurones que l’on souhaite (opérer une tumeur, stimuler des neurones, implanter un stimulateur…). C’est un repérage spatial. Chez la Maladie Parkinson on peut implanter un stimulateur qui agir sur canaux de voltage dépendante et qui va produire une potentiel d’action). - On peut injecter à l’’animal avec micropipette un virus dans l’aire tegmental ventral – c’est un stéréotaxie. Pour valider l’expérience avec efficacité de la transfection virale dans les neurones dopaminergiques de l’aire tegmental ventral. Ils ont injecté slmt d’une coté de VTA, ils étaient capables de détecter la protéine fluorescente rouge, c’est la démonstration de l’expression du virus. Mais aussi on doit montrer que cette l’expression du virus est dans bon place et on mise en évidence immunohistochimique avec des anticorps, tyrosine hydroxyles = marquer du neurone dopaminergique. C’est la technique immunohistochimique qui a été utilisé pour détecter les nuerons qui expérimenta la protéine tyrosine hydroxyle avec utilisant les anti-corpt, anti-protéine). Ces anticorps sont visualisés avec une molécule fluorescente. Les cellules gliales ne sont pas touchées parce qu’elles ne produisent pas la dopamine. Synthèse des catécholamines : la dopamine, noradrénaline et adrénaline sont de molécules qui ont le noyau catéchol. - Les neurones dopaminergiques de la VTA n’expriment ni le gène codant la DBH ni celui de la PNMT.

L’homme peut produire environ 8 acides aminés et qu’il peut l’obtenir avec l’alimentation. Ces acides amines peuvent être modifiées par la tyrosine hydroxyles et ca donne la dopamine.

Démonstration que l’injection de CNO active les neurones de la VTA Quand un neurone est met dans le potentiel d’action il va faire une nouvelle protéine c-fos. Cette protéine un marquer d’activation neuronale. La protéine va s’exprimer quand le neurone est activé. On va détecter cette protéine avec des anticorps anti-cfos (technique immunohistologiques). Lorsqu’on injecte le CMO dans les animaux on voit détection des c-fos, ca veut dire que le CMO a bien activé le récepteur. CMO peut activer les neurones dans VTA.

Résultat : Les animaux contrôle qui avaient injectes avec le tumeur on va mesurer la taille de tumeur. Le fait d’avoir stimulé le neurone de VTA va avoir impact sur la taille de la tumeur et va réduire la cellule pro-cancéreuse. Ca prouve bien que l’état psychologie de patient va influencer la tumeur.

L’autre technique : - l’implantation d’électrodes à demeure dans la VTA et stimulation électrique quotidienne. - Magnetochocs – stimulation magnétiques transcranienne qui permettent d’envoyer le champ magnetique. Mais ce méthode n’est pas très précis.

 Comment prouver que la stimulation des neurones de VTA peut avoir des effets bénéfiques pour la souris ?  émotions positives ! Les neurones de la VTA innervent le noyau accumbens et libèrent de la dopamine = plaisir, récompense !  Comment stimuler efficacement ces neurones en « perturbant », le moins possible, l’animal et en respectant les règles éthiques ? - Une expérimentation animale  une saisine devant être validée pour éviter (limiter) la souffrance le mal être, des « émotions négatives (stress, douleurs…)

Système sympathique et parasympathique Ils exercent un contrôle fondamental sur l’ensemble des organes périphériques. Ils sont impliques dans l’expression des émotions avec les muscles squelettiques (responsables des mouvements du corps, de la face..) et les secrétions de glandes endocrines comme par exemple les hormones du stress. Certains indices sympathiques ou parasympathiques vont permettre de mesurer une émotion positive ou négative. Ces deux systèmes en interaction permanente ils ont des effets antagonistes sur les organes qu’ils contrôlent. Un système a l’effet positif et l’autre l’effet négatif sur les organes.

Ils participent à l’homéostasie corporelle. Leurs niveaux d’activation varie en permanence selon l’heure (chronobiologie, les repas, l’activité…) Ces systèmes sont toujours organises par deux neurones qui realisent une synapse dans un ganglion : 1- Neurone pre-ganglionnaire (soma localisés à des endroits différent de la moelle épinière pour ortho et para).  Les corps cellulaires des neurones pré-ganglionnaires sont dans la moelle lombaire et thoracique. 2- Neurone post-ganglionnaire (soma localisés dans des ganglions, différence de localisation ortho et para)  Les corps cellulaire de pré-ganglionnaire de système parasympathique sont tjr au proche de l’organe innervé.  Les neurones post-ganglionnaires n’utilisent pas le même NT pour agir sur l’organe innervé: - Ortho : Noradrénaline - Para : Acétylcholine Ces deux systèmes contrôles les mêmes organes avec des effets opposées : yeux, cœur, paumons…

Activation du système sympathique : En activant le système on va voir :

- Système sympathique = plutôt émotion négatives.

Activation du système parasympathique :...