Modélisation des mécanismes sous-jacents de l’électrorétinogramme pathologique dans la schizophrénie

Auteurs

RAISON-AUBRY L.¹, BRILHAULT F.², BUHRY L.¹

1. Loria UMR 7503 - CNRS - Université de Lorraine, Vandoeuvre-Lès-Nancy, France
2. Centre d’Excellence Autisme et TND - iBrain UMR 1253 - INSERM - Université de Tours - CHU de Tours, Tours, France

Résumé

Introduction

Les explorations fonctionnelles en électrophysiologie permettent d'étudier les mécanismes physiopathologiques des maladies psychiatriques à l’échelle des réseaux neuronaux. L’ElectroRétinoGramme (ERG), qui mesure la réponse électrique de la rétine à une stimulation lumineuse, renseigne ainsi sur les mécanismes ioniques membranaires impliqués dans la réponse cellulaire et la transmission synaptique, ce notamment via les canaux ioniques calciques dépendants du potentiel (CaV). L’étude des ERG chez des patients schizophrènes (SZ) a mis en évidence une atténuation et un ralentissement de l’activité des photorécepteurs et des cellules bipolaires (Hébert2020, Demmin2018) et un ralentissement de la signalisation au niveau des cellules ganglionnaires (Bernardin2020, Hébert2015). Par ailleurs des travaux en génétique corroborent l’hypothèse selon laquelle des CaV sont affectés dans la SZ (Andrade2019). Cette étude vise à explorer, via une modélisation mathématique et sa simulation informatique, les mécanismes ioniques membranaires sous-tendant les modifications observées au niveau des ERG de patients SZ. Le but est d’identifier à terme de nouvelles cibles thérapeutiques par la mise en évidence de propriétés atypiques d’activation électrique cellulaire.

Méthode

Notre modélisation, fondée sur le formalisme d’Hodgkin-Huxley, permet de tester de manière non invasive les effets de modifications de l’homéostasie ionique sur l’ERG. Une variable de conductance gCa traduit la fonctionnalité, affectée par les mutations des canaux Cav dans la SZ. Les paramètres et équations s’inspirent d’un modèle existant de portion de rétine saine (Publio 2019).

Résultats

On observe que diminuer gCa : Pour les cônes, cellules bipolaires, et cellules amacrines atténue l’activité de la cellule isolée. Pour les GC, affecte la fréquence d’émission des potentiels d’action.
Un ERG reflétant l’activité moyenne pondérée des cellules de la rétine,  corrobore les observations faites sur les fERG de patients SZ, est susceptible d’affecter la synchronisation de l’activité en réseau et donc de modifier la latence de l’onde N95 des pERG en conditions SZ.

Discussion

Au vu de ces simulations, d’autres mécanismes que, dus à des modulations de fonctionnalité des canaux Cav, pourraient affecter la latence : par ex., la baisse d’amplitude du potentiel membranaire des photorécepteurs nécessiterait d’accroître la durée ou intensité du photostimulus permettant la libération des neurotransmetteurs, ralentissant ainsi la réponse des GC. Afin de le confirmer, nous intégrerons des aspects topologiques dans notre modèle d’ERG. Cette confirmation, mettant en évidence des propriétés cellulaires atypiques, pourrait éclairer la compréhension des mécanismes induisant les manifestations pathologiques, préciser et orienter à terme le développement de nouvelles stratégies thérapeutiques chimiques ou par stimulation électrique/TMS visant l’excitabilité cellulaire.

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