Les ensembles Fos codent et façonnent des cartes spatiales stables dans l'hippocampe

May 19, 2024

Nature volume 609, pages 327-334 (2022)Citer cet article

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Dans l'hippocampe, les cartes spatiales sont formées par des cellules de lieu tandis que les mémoires contextuelles seraient codées sous forme d'engrammes1,2,3,4,5,6. Les engrammes sont généralement identifiés par l'expression du gène précoce immédiat Fos, mais on sait peu de choses sur les modèles d'activité neuronale qui déterminent et sont façonnés par l'expression de Fos chez les animaux se comportant7,8,9,10. Ainsi, il n’est pas clair si les neurones hippocampiques exprimant Fos codent également pour des cartes spatiales et si l’expression de Fos est en corrélation avec et affecte des caractéristiques spécifiques du code de lieu . Ici, nous avons mesuré l'activité des neurones CA1 avec l'imagerie calcique tout en surveillant l'induction de Fos chez des souris effectuant une tâche d'apprentissage spatial dépendante de l'hippocampe en réalité virtuelle. Nous constatons que les neurones avec une induction élevée de Fos forment des ensembles de cellules ayant une activité hautement corrélée, présentent des champs de lieux fiables qui recouvrent uniformément l'environnement et ont un réglage plus stable au fil des jours que les cellules voisines non induites par Fos. En comparant les cellules voisines avec et sans fonction Fos à l'aide d'une approche de perte de fonction génétique clairsemée, nous constatons que les neurones dont la fonction Fos est perturbée ont une activité moins fiable, une sélectivité spatiale réduite et une stabilité journalière inférieure. Nos résultats démontrent que les cellules induites par Fos contribuent aux codes de lieu de l'hippocampe en codant des cartes précises, stables et spatialement uniformes et que Fos elle-même joue un rôle causal dans la formation de ces codes de lieu. Les ensembles Fos peuvent donc relier deux aspects clés de la fonction hippocampique : les engrammes pour les mémoires contextuelles et les codes de lieux qui sous-tendent les cartes cognitives.

L'hippocampe contient des cellules engrammes qui jouent un rôle privilégié dans l'encodage et la récupération des souvenirs4,12. Les cellules d'engramme sont généralement identifiées par l'expression du facteur de transcription Fos13 inductible par l'activité lors du codage d'une mémoire7, et leur activation synchrone peut déclencher un rappel de mémoire robuste8,14. Il existe de plus en plus de preuves que les neurones définis par l'expression de Fos transportent des informations sur le contexte qui peuvent être utilisées pour former des associations durables, par exemple entre un environnement spécifique et un résultat aversif. De plus, l'hippocampe contient des cellules de lieu qui codent des cartes spatiales d'un environnement et sont censées prendre en charge les mémoires spatiales et la navigation2,3,15,16.

Malgré le rôle des neurones engrammes et des cellules de lieu dans les mémoires hippocampiques, on sait remarquablement peu de choses sur la relation entre ces cellules, en partie à cause de la difficulté de relier l'expression de Fos aux modèles d'activité neuronale précédents au cours du comportement5,11,17,18,19,20. ,21 et parce que les neurones exprimant Fos de l'hippocampe n'ont pas été caractérisés de manière approfondie dans les paradigmes d'apprentissage spatial typiques utilisés pour étudier les cellules de lieu. Nous avons donc cherché à clarifier les modèles d'activité neuronale qui déterminent l'expression de Fos dans l'hippocampe de souris effectuant une tâche de mémoire spatiale.

Il est à noter que la relation entre l'activité neuronale et Fos est bidirectionnelle. En plus de servir de marqueur de neurones comportementaux pertinents, une fois induit, Fos agit comme un régulateur essentiel des programmes d'expression génique contrôlant les modifications cellulaires, synaptiques et de circuits qui, à leur tour, affinent l'activité du réseau11,22,23,24. Cependant, alors que les théories des engrammes et des cartes cognitives indiquent que la plasticité synaptique intervient pour stabiliser les mémoires hippocampiques, peu d'études ont étudié la fonction de Fos comme une avancée vers une compréhension plus approfondie des mécanismes de formation, de consolidation et de récupération de la mémoire.

Dans ce but, nous avons récemment démontré que Fos orchestre la plasticité inhibitrice spécifique à un type de cellule dans la région CA1 de l'hippocampe et que la fonction de Fos est requise pour l'apprentissage spatial dépendant de l'hippocampe dans le labyrinthe aquatique de Morris . Ces résultats suggèrent que Fos pourrait moduler les codes de lieu, étant donné l'influence connue de l'inhibition sur le déclenchement des cellules de lieu et le rôle probable des cellules de lieu dans l'apprentissage spatial16,27,28. Cependant, il restait à déterminer si Fos jouait réellement un rôle actif dans la régulation des aspects du fonctionnement des cellules de lieu lors de la navigation spatiale.