La connaissance des types cellulaires individuels est une condition préalable à la compréhension du fonctionnement du cerveau. Cependant, dans la plupart des systèmes neuronaux, notre connaissance de la diversité et de l'identité cellulaires et de leur impact sur la fonction est incomplète. C'est également le cas pour le système auditif des mammifères, composé d'une multitude de noyaux individuels. Ces derniers sont généralement considérés comme des populations de cellules homogènes avec des relations structure-fonction bien définies. Nos données préliminaires défient cette vision classique.
Le type et la fonction des cellules sont tous deux reflétés dans le transcriptome. Le séquençage de quantités minimales d'ARN à partir de cellules individuelles, et l'analyse de la variabilité cellule à cellule, sont devenus possibles grâce aux récents progrès technologiques. Ainsi, nous sommes désormais en mesure d'identifier moléculairement l'hétérogénéité cellulaire. L'objectif de notre proposition de paquet est de décrypter les déterminants biophysiques, anatomiques et génétiques de l'hétérogénéité neuronale dans le cerveau auditif des mammifères, et de comprendre ainsi la base cellulaire de la signalisation fonctionnelle dans ces circuits. Dans ce but, nos expériences principales combineront des enregistrements patch-clamp de cellules entières avec l'analyse de transcriptomes de cellules uniques. Deux projets thématiques étroitement liés seront dirigés individuellement par Felix Felmy (Hanovre) et Eckhard Friauf (Kaiserslautern). Le séquençage des gènes sera effectué en collaboration avec Jörn Walter (Sarrebruck).
Notre objectif principal est de générer un atlas complet des types de cellules avec des données d'expression génome-wide pour deux noyaux du cerveau auditif, à savoir le noyau intermédiaire du lemnisque latéral (INLL) des gerbilles et l'olive supérieure latérale (LSO) des souris. L'INLL est impliqué dans le traitement cross-fréquence. Jusqu'à présent, il n'existe pas de description de sa physiologie cellulaire. Le LSO est impliqué dans la localisation des sons. La plupart des neurones LSO reçoivent des entrées excitatrices et inhibitrices qui assurent la résilience, la fiabilité et la précision temporelle pendant l'activité en cours. Pour chaque noyau, nous disposons de preuves abondantes de l'hétérogénéité des types de cellules, c'est-à-dire de différents modèles de tirs à travers les neurones. L'origine et l'étendue de cette hétérogénéité sont énigmatiques. Nous émettons l'hypothèse que les différences biophysiques sont corrélées, par exemple, à l'expression de gènes codant pour des canaux ioniques.
En utilisant le profilage patch-seq de neurones individuels caractérisés par électrophysiologie, nous identifierons des transcrits candidats qui définissent des sous-populations spécifiques, même jusqu'au niveau des facteurs de transcription. Dans une méta-analyse, nous combinerons finalement nos jeux de données sur les neurones INLL et LSO pour une comparaison et une évaluation conjointes. Nous espérons identifier des principes communs entre les propriétés biophysiques (comportement fonctionnel) et les produits génétiques correspondants (transcriptome). Collectivement, notre proposition de paquet élucidera la base cellulaire pour la complexité et la signification fonctionnelle et de l'INLL et le LSO. Elle contribuera ainsi crucialement à une compréhension plus complète de l'organisation fonctionnelle du système auditif central.