Thèse Balance des Redistributions Axonales de Forces Synaptiques Entre Éveil et Sommeil H/F - 33

Établissement : Université de Bordeaux
École doctorale : Sciences de la Vie et de la Santé
Laboratoire de recherche : Neurocentre Magendie
Direction de la thèse : Nicolas CHENOUARD ORCID 0000000167304066
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-05-20T23:59:59

Hypothèse : nous proposons qu'un rôle du trafic de vésicule synaptiques (SVs) est la redistribution homéostatique des poids présynaptiques pendant le sommeil et les périodes de faible vigilance pour maintenir l'équilibre des circuits corticaux (Fig 1).

Objectif : le doctorant étudiera deux mécanismes en équilibre qui impliquent la redistribution de SVs : l'enrichissement présynaptique ciblé qui suit une période d'éveil vs la redistribution axonale homéostatique associée au sommeil qui pourrait maintenir l'équilibre du cerveau des souris contrôle et avec un syndrome du spectre autiste (ASD).

Modèle expérimental : le doctorant étudiera les dynamiques internes des axones du thalamus postérieur-médial (POm) (13, 14) qui contacte le cortex somato-sensoriel associée aux vibrisses (wS1) dans la couche superficielle 1 (L1) (Fig 2). Les neurones individuels du POm ont des axones distribués dans plusieurs (~5) colonnes corticales de wS1 (14, 15), ce qui permettra d'étudier les dynamiques des SVs sur des longs segments avec des cibles postsynaptiques hétérogènes. De plus, nous avons montré que les axones du POm seuillent la réorganisation de la carte sensorielle corticale (16) lorsque les entrées sensorielles sont manipulées selon le paradigme classique d'élimination de vibrisses : après environ 2 jours d'élimination les aires corticales codant pour les vibrisses éliminées tendent à se rétracter et à s'affaiblir, alors que celles qui ont été épargnées sont renforcées et peuvent s'étendre (17) par une combinaison de mécanismes de plasticité synaptique (18). Le projet doctoral explorera comment cette réorganisation de la carte corticale est associée à des réorganisations de ressources présynaptiques - les SVs - et si un mécanisme d'homéostasie contrebalance ces processus durant le sommeil pour maintenir un équilibre axonal des ressources internes. Le doctorant répétera ces expériences dans des animaux Fmr1-/y , car les souris Fmr1 KO montrent des anormalités des cartes corticales (19, 20) et une hypo-plasticité de wS1 (21), pour tester si ces mécanismes sont aussi fonctionnels dans le cerveau ASD.

Tache 1 : Étudier comment les SVs sont redistribuées pendant la réorganisation des cartes corticales liées à des expériences sensorielles

Nous proposons au doctorant de disséquer la réorganisation présynaptique des SVs dans les axones thalamocorticaux du POm qui ciblent les neurones de la couche 2/3 de wS1. Juste après l'élimination partielle de vibrisse, et pour plusieurs jours, l'étudiant caractérisera comment les axones individuels qui contactent plusieurs zones corticales associées aux vibrisses éliminées et épargnées redistribuent leurs SVs. Est-ce que les SVs sont réallouées pour étendre le champ sensoriel associée à la vibrisse épargnée ? Est-ce que ce processus est altéré dans les souris ASD qui montrent de l'hypo-plasticité post-synaptique ?

Tache 2 : Comparer la mobilité des SVs entre périodes d'éveil et de sommeil

Chez des animaux avec leurs vibrisses intactes, le doctorant testera notre prédiction que les SVs sont plus mobiles pendant le sommeil dans les axones du POm à cause de la redistribution homéostatique de ressources (Fig 1). Il étudiera aussi si c'est toujours le cas dans les souris déficientes en Fmr1 qui montrent des défauts de plasticité Hebbienne (22).

Tache 3 : Caractériser la redistribution du sommeil homéostatique des SVs dans des régions avec des activités d'éveil différentes

L'hypothèse d'homéostasie du sommeil prédit des redistributions plus importantes dans les régions corticales qui ont eu l'activité la plus intense pendant les périodes d'éveil (22, 23). Ainsi, pendant le sommeil d'animaux avec des vibrisses éliminées, le doctorant comparera la mobilité des SVs entre régions corticales qui ont reçu des entrées sensorielles ou non durant l'éveil comme indicateur de redistribution homéostatique spatialement différenciée.

Throughout the day, sensory stimuli and cognitive challenges stimulate synaptic plasticity mechanisms. It is believed that wake activity leads to an overall strengthening of synapses that requires balancing during low-wakefulness to avoid runaway potentiation and computation interference, as formulated by the synaptic homeostasis hypothesis' of sleep (1). If postsynaptic mechanisms for synaptic strengthening and downscaling are increasingly clear (2), the conditions and mechanisms for weight strengthening at the presynapse during wake and homeostatic presynaptic redistribution during sleep and low-wakefulness are prominent questions.

Increased/decreased presynaptic boutons size matching wake/sleep cycles was found in Drosophila (3), and ex vivo electrophysiological recordings in rodents suggested presynaptic strength changes following the sleep/wake cycle (4) - but without clearly identified mechanisms. A factor determining individual presynaptic strength is the number of residing neurotransmitter-filled synaptic vesicles (SVs) (5). In principle, redistribution of SVs might contribute to the axonal reallocation of synaptic resources and strength (6). Promisingly, our previous work suggested links between SV redistribution and circuit plasticity (7) in vitro. In vivo, the existence of SV traffic has been evidenced in layer 1 (L1) of the mouse neocortex (8). Yet, there is still a clear lack of knowledge as to when and why SVs are redistributed along axons in vivo.

Finally, autistic spectrum disorders (ASD) have been associated to maladaptive synaptic plasticity (9) and sleep disorders (10). If Drosophila mutants for the dFmr1 gene (linked to Fragile X syndrome) showed altered sleep homeostasis (11), these findings need re-evaluation in the ASD mammalian brain with a consideration for presynaptic aspects since loss of Fmr1 is associated with presynaptic changes in mice (12).
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Au cours de la journée, les stimuli sensoriels et les processus cognitifs stimulent les mécanismes de plasticité synaptique. Il a été proposé que l'activité d'éveil amène un renforcement général des synapses, qui nécessite un affaiblissement compensatoire durant les périodes de sommeil et faible vigilance pour éviter un emballement et des interférences de calculs. Cette idée est formulée dans l'hypothèse homéostatique du sommeil (1). Si des mécanismes post-synaptiques de renforcement and d'affaiblissement ont été montrés (2), les conditions et mécanismes de la redistribution de poids synaptiques à la présynapse durant l'éveil et la redistribution homéostatique durant le sommeil restent des questions importantes.

Une augmentation/diminution de la taille des boutons synaptiques qui correspondent aux cycles éveils/sommeil ont été montré chez la Drosophila (3) et l'électrophysiologie ex vivo chez le rongeur a suggéré des changements de forces présynaptiques suivant le cycle éveil/sommeil - mais sans mécanisme clairement identifié. Un facteur déterminant la force présynaptique est le nombre des vésicules synaptiques (SVs) contenant les neurotransmetteurs. En principe, la redistribution des SVs pourrait contribuer à la redistribution des ressources synaptiques et de leur force (6). De manière prometteuse, nos travaux précédents ont suggéré des liens entre la redistribution des SVs et la plasticité des circuits in vitro (7). In vivo, l'existence du trafic de SVs a été montré dans la couche 1 (L1) du néocortex de souris (8). Cependant, on ne sait toujours pas quand et pourquoi les SVs sont redistribuées le long des axones in vivo.

Enfin, les désordres du spectre de l'autisme (ASD) ont été associés à des déficits de plasticité synaptique (9) et à des désordres du sommeil (10). Si des Drosophila mutantes pour le gène dFmr1 (lié au syndrome Fragile X) ont montré des altérations de l'homéostasie du sommeil (11), ces résultats ont besoin d'être ré-évalués dans le cerveau mammifère ASD avec un intérêt pour les aspect présynaptiques car la perte de Fmr1 est associée à des changement présynaptiques chez la souris (12).

Déterminer comment les axones redistribuent leurs ressources synaptiques pendant le sommeil en fonction de l'activité pendant les périodes d'éveil et participent ainsi à la plasticité des circuits.
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To determine how axons redistribute their synaptic resources during sleep as a function of the activity during preceding wake periods and thus participate to circuit plasticity.

Pour la tache 1, le doctorant caractérisera comment les vésicules synaptiques (SVs) sont redistribuées au cours de plusieurs jours d'adaptation en suivant de manière chronique le contenu en SVs de synapses thalamocorticales (TC) individuelles avec la microscopie in vivo deux-photon (2P) dans des animaux anesthésiés (Fig. 3). L'imagerie des signaux intrinsèques lui permettra d'établir la carte corticale associée à la stimulation des vibrisses (16, 24).

Pour les taches 2 et 3, la mobilité des SVs sera mesurée chez des animaux endormis avec la tête fixée en caractérisant la récupération de fluorescence après photoblanchiement (FRAP) au niveau de synapses individuelles (Fig. 4). La plasticité des cartes corticales sensorielles sera déclenchée par la suppression de toutes les vibrisses, sauf une, comme nous l'avons fait par le passé (24).
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For task 1, the student will characterize synaptic vesicle (SV) redistribution over days of adaptation by chronically following the content in SVs of single thalamocortical (TC) synapses with in vivo two-photon (2P) microscopy in anesthetized animals (Fig 3). Optical imaging of intrinsic signals will be used for mapping whisker response (16,24).

For tasks 2 and 3, SV mobility will be assessed in sleeping animals by characterizing fluorescence recovery after photobleaching (FRAP) at single synapses (Fig 4) in head-fixed sleeping animals. Map plasticity will be triggered by clipping all-but one whisker, as we have previously done (24).