Topic description
Des données épidémiologiques pointent des associations entre des épisodes inflammatoires au cours du développement précoce et l'incidence de la schizophrénie (SZ) et du trouble du déficit de l'attention avec ou sans hyperactivité (TDAH) à l'adolescence. Des modèles précliniques complémentaires sont essentiels pour étudier les liens de causalité et les mécanismes biologiques sous-jacents.
Au sein de l'équipe NeuroInfection et Immunité, nous exploitons le poisson-zèbre (Danio rerio) comme modèle in vivo polyvalent afin de caractériser comment les signaux immunitaires peuvent modifier les trajectoires neurodéveloppementales. Nous avons récemment établi un protocole d'inflammation stérile — activation du système immunitaire inné en l'absence de pathogènes — qui induit une diminution de l'inhibition du réflexe de sursaut (prepulse inhibition en anglais, PPI), un phénotype classiquement associé aux psychoses. Ces résultats constituent un paradigme expérimental pertinent pour explorer les mécanismes sous-jacents. Le projet de thèse proposé repose sur l'hypothèse qu'une inflammation précoce entraîne des altérations durables de réseaux neuronaux impliqués dans l'intégration sensori-motrice.
Le premier objectif consistera à associer les phénotypes comportementaux observés à des modifications d'activités neuronales. Nous utiliserons l'immuno-détection de la forme phosphorylée de la kinase ERK comme marqueur d'activité soutenue, et réaliserons une imagerie 3D du cerveau entier après clarification (Owen et al., ). Nous étudierons l'effet de l'inflammation sur la cartographie des niveaux d'activité basale.
En parallèle, toujours par immunohistochimie en préparation entière, nous comparerons les profils d'expression de marqueurs des neurotransmetteurs susceptibles d'être sensible à l'inflammation : vglut2, GAD, sérotonine, et tyrosine hydroxylase respectivement pour identifier les neurones glutamatergiques, GABAergiques, sérotoninergiques, et catécholaminergiques (dopamine, adrénaline, noradrénaline). Cela nous permettra d'évaluer l'effet de l'inflammation sur l'équilibre excitation/inhibition et sur la différentiation des neurones monoaminergiques.
Ces résultats permettront de déterminer si les circuits identifiés comme impliqués dans l'intégration sensori-motrice sont affectés par l'inflammation (Tabor et al., ). Nous testerons ensuite la contribution causale des circuits identifiés à l'aide de manipulations pharmacologiques ciblées, incluant des inhibiteurs de recapture ainsi que des agonistes ou antagonistes de récepteurs.
Afin d'identifier les acteurs moléculaires responsables des altérations observées, nous exploiterons les données de RNA-seq disponibles chez le danio, croisées avec des données publiées. Des facteurs de transcription exprimés précocement et impliqués dans la différenciation des circuits identifiés dans la première partie du projet seront sélectionnés. L'expression d'un maximum de six gènes candidats sera analysée par hybridation in situ et qPCR, en conditions contrôles et après induction de l'inflammation. Pour les candidats avec une expression différentielle, des mutants de perte et/ou gain de fonction seront réalisés en collaboration avec TEFOR Paris-Saclay (plateforme voisine) (deux gènes pourront être testés pendant la thèse). Le phénotype des mutants sera caractérisé pour les performances en PPI et le développement des circuits.
Ces travaux permettront d'identifier l'implication fonctionnelle des gènes candidats dans la régulation de l'intégration sensori-motrice via le contrôle du destin neuronal.
Ce projet offre une formation interdisciplinaire complète à l'interface entre la neurobiologie et l'immunologie. En intégrant des approches moléculaires, cellulaires et comportementales, cette thèse dotera le doctorant d'un cadre conceptuel robuste pour aborder des questions biologiques complexes, tout en apportant des connaissances originales sur le rôle des signaux immunitaires dans le développement cérébral.
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Epidemiological evidence suggests that the occurrence of inflammatory episodes during early development increases the incidence of schizophrenia (SZ) and attention deficit hyperactivity disorder (ADHD) in adolescents. Preclinical models are crucial to study causality and the underlying biological mechanisms.
In the NeuroInfection and Immunity team, we take benefit of the zebrafish (Danio rerio) as a versatile in vivo model to characterize how immune signaling can modify neurodevelopmental trajectories. We recently established a protocol of sterile inflammation, an activation of the innate immune system in the absence of pathogens, that led to a decrease of prepulse-inhibition (PPI), a common psychosis-associated phenotype. These results provide a convenient experimental paradigm to study the underlying mechanisms. We hypothesize that early inflammation results in durable alteration of key neural networks.
The proposed PhD project aims to study important steps of brain development following sterile inflammation to identify alterations of neural circuits.
The first aim will be to atttribute the observed behavioral phenotypes to defined neuronal circuits. We will compare baseline levels of activity in control brains and after induction of inflammation. We will use the immunodetection of the phosphorylated form of the kinase erk as a proxy for sustained activity, and perform whole-brain 3D imaging after clarification.
In parallel, still using whole-mount immunohistochemistry we will compare the pattern of expression of markers for classical neurotransmitters, such as vglut2 and GAD, for glutamatergic and GABAergic neurons, respectively, to assess modifications of the excitation/inhibition balance. We will also study the expression of markers for monoaminergic neurons such as serotonin for serotonergic neurons; or tyrosine hydroxylase for catecholaminergic neurons (dopamine, adrenaline, and noradrenaline).
The results will help assess whether the circuit identified for sensory motor integration are affected by inflammation. We will then test the causal contribution of the identified circuits by using targeted pharmacological manipulations, including reuptake inhibitors or receptor agonists or antagonists.
To identify key molecular modulators of the changes in circuit development upon inflammation, we will mine available RNAseq data available in zebrafish, crossed with published data. Transcription factors expressed early and involved in the differentiation of the circuits identified in the first part of the project will be selected for this part. The level of expression of up to 6 candidate genes will be assessed both using in situ hybridization and qPCR and compared in control conditions and following induction of inflammation. For candidates showing differential expression upon inflammation, functional analysis will be performed. We will generate loss and/or gain of function mutants in collaboration with TEFOR Paris-Saclay, a service unit next door (up to two genes are likely testable in a PhD timeframe).
The phenotype of the mutants will be characterised both at the level of PPI performance and circuit development.
The results will help identify potential molecular switches involved in the regulation of sensory motor integration by controlling neuronal fate.
The project will provide a comprehensive interdisciplinary training at the interface of neurobiology, immunology, imaging, and quantitative data analysis. The amenability of the zebrafish during development provides a high degree of feasibility for all the proposed experiments. By integrating cellular, circuit-level, and behavioral readouts, this PhD will equip the student with a solid conceptual framework to address complex biological questions, while contributing original insights into the role of immune signaling in brain development.
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Début de la thèse : 01/10/
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Contrats ED : Programme blanc GS-LSaH
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