La sérotonine est impliquée dans de nombreuses fonctions physiologiques comme la régulation de l’appétit, du sommeil, de la douleur, de l’humeur et de la cognition. Elle agit par l’intermédiaire de différents récepteurs dont la plupart sont couplés aux protéines G. Parmi ceux-ci, les récepteurs 5-HT2A et 5-HT6 suscitent un intérêt particulier car ils sont la cible de nombreux agents thérapeutiques, comme les antidépresseurs et les antipsychotiques de dernière génération. Ces molécules administrées pour traiter la schizophrénie ont des effets bénéfiques sur les symptômes positifs (hallucinations, délires) et négatifs (manque de motivation). Cependant, ils n’ont que peu d’effets sur les déficits cognitifs (troubles de la mémoire de travail, de l’attention, asociabilité) qui compromettent l'intégration sociale et professionnelle des patients ainsi que leur qualité de vie. Ces déficits sont en grande partie retrouvés chez les consommateurs chroniques de cannabis durant l’adolescence suggérant des mécanismes pathologiques communs. La découverte de nouvelles stratégies thérapeutiques pour traiter ces déficits cognitifs constitue donc un enjeu de santé publique majeur.Au cours de mon travail de thèse, j’ai étudié le rôle des récepteurs de la sérotonine, en me focalisant sur les récepteurs 5-HT2A et 5-HT6, dans la modulation de la transmission et la plasticité synaptique au niveau du cortex préfrontal. En combinant des approches biochimiques à des analyses électrophysiologiques et comportementales, j’ai dans un premier temps démontré l'implication des récepteurs 5-HT2A exprimés au niveau des synapses thalamocorticales dans l’induction de la plasticité synaptique et dans la mémoire associative. Dans un deuxième temps, j’ai déterminé les bénéfices du blocage précoce des récepteurs 5-HT6 sur les déficits cognitifs induits dans un modèle neurodéveloppemental de schizophrénie et un modèle de consommation chronique de cannabis durant l’adolescence. Cette étude permet ainsi d’envisager de nouvelles stratégies thérapeutiques pour prévenir l’apparition des déficits cognitifs observés dans les maladies psychiatriques, notamment chez les sujets à risque. / Serotonin is involved in many physiological functions, such as the control of appetite, sleep, pain, mood and cognition. This major neuromodulator acts via different receptors, which are, for the most part, coupled to G-proteins. Among these, 5-HT2A and 5-HT6 receptors are of particular interest since they are the target of many therapeutic drugs, such as antidepressants and last-generation antipsychotics. These are administered to treat schizophrenia and have beneficial effects on positive (hallucinations, delusions) and negative (lack of motivation) symptoms. Nevertheless, they poorly control cognitive deficits (impaired working memory, decreased attention, alteration in social cognition) which severely compromise the social integration of patients and their quality of life. These deficits are also found in chronic cannabis users during adolescence, suggesting common pathological mechanisms. Therefore, the discovery of new therapeutic strategies to treat these cognitive deficits is a major public health issue.During my thesis work, I studied the role of serotonin receptors, focusing on 5-HT2A and 5-HT6 receptors, in the modulation of synaptic transmission and plasticity in the prefrontal cortex. By combining biochemical approaches with electrophysiological and behavioral analyses, I initially demonstrated that 5-HT2A receptors expressed at thalamocortical synapses play a crucial role in the induction of synaptic plasticity and in associative memory. Secondly, I demonstrated the benefits of early blockade of 5-HT6 receptors for preventing cognitive deficits induced in a neurodevelopmental model of schizophrenia and a model of chronic cannabis abuse during adolescence. These studies offer new therapeutic strategies to prevent the emergence of cognitive deficits and conversion to schizophrenia in at-risk subjects.

The synapse is the primary locus of cell-cell communication in the nervous system. The elaboration of a functional synapse requires both a specialized structure and an efficient communication system. For my thesis work, I studied proteins implicated in each of these functions: the structural molecules dystroglycan and dystrophin, and the signaling elements Insulin Receptor Substrate p58/53 and insulin receptor. The α/β-dystroglycan complex, believed to be the heart of cellmatrix adhesion in muscle and other tissues, provides a link between dystrophin, a cytoskeletal protein at the base of the muscle cell's Dystrophin Associated Protein Complex, and the extracellular matrix. In addition, dystrophin is found at central synapses, tightly associated with the postsynaptic density. The absence of dystrophin and the secondary loss of its associated proteins causes the genetic disease Duchenne Muscular Dystrophy. DMD affects both muscle and brain, causing a severe muscular dystrophy and lower IQs than control groups. In the first portion of my thesis work, I sought to determine the role of dystroglycan, dystrophin's peripheral partner, at central synapses. I probed Northern blots of brain regions to delineate the distribution of brain β-dystroglycan mRNA and to uncover any β-dystroglycan-related transcripts in brain. Then, using subcellular brain fractions, and cultured hippocampal neurons, I determined that whereas α-dystroglycan is associated with central synapses, β-dystroglycan is not. This discovery is surprising, and differs from the finding that dystrophin and α- and β-dystroglycan colocalize at the presynaptic membrane of retinal photoreceptors. In the course of the above mentioned work, using the anti-β-dystroglycan antiserum Ab98, I discovered a pair of proteins that were tightly associated with the postsynaptic density. These polypeptides of 58 kDa and 53 kDa (p58/53) were highly enriched in postsynaptic density (PSD) fractions from rat cerebral cortex, hippocampus, and cerebellum. In pursuit of a potential synapse-specific dystroglycan relative, I purified p58 and p53 by a combination of hydrophobic interaction chromatography and two-dimensional gel electrophoresis. Mass spectroscopy and peptide microsequencing revealed that p58/53 is identical to the insulin receptor tyrosine kinase substrate p58/53 (IRSp53). Whereas IRSp58/53 has no significant homology to β-dystroglycan other than the one span of peptides that confers its antibody cross-reactivity, its localization to the PSD newly implicates insulin signaling at synapses. Analysis of IRSp58/53 mass profiles, peptides, and mRNA indicated that IRSp58 and IRSp53 are the product of the same coding sequence. Immunolocalization showed that IRSp58/53 is expressed in the synapserich molecular layer of the cerebellum. Immunostaining of cultured hippocampal neurons showed that both IRSp58/53 and insulin receptor are highly concentrated at synapses. Like IRSp58/53, insulin receptors are a component of the PSD fraction. Together, these data suggest that the synapse is a specialized site for insulin signaling in the brain.

Les cellules ciliées internes (CCIs) de la cochlée encodent les signaux acoustiques en impulsions électriques au niveau des synapses à ruban formées avec les fibres afférentes du nerf auditif. L'exocytose des vésicules glutamatergiques par les CCIs est déclenchée par l'activation des canaux calciques Cav1.3 et par l'otoferline, le senseur calcique intracellulaire présumé. Les mécanismes moléculaires précis régulant cette exocytose restent encore mal compris, notamment ceux à l’origine de sa précision temporelle, sa vitesse élevée en phase avec le signal acoustique("phase-locking" jusqu'à 1-2 kHz) et son infatigabilité. Nous montrons que la spécificité des synapses à ruban auditive et vestibulaire passe par une organisation spatiale spécifique des canaux Cav1.3 dans les zones actives. Les CCIs utilisent différentes isoformes de canaux Cav1.3, notamment des isoformes courtes tronquées dans leur partie C-terminale. Ces isoformes courtes (Cav1.343S et Cav1.342A) sont essentiellement impliquées dans le déclenchement et dans l'adaptation rapide de l'exocytose. Cette adaptation se réalise au niveau des canaux Cav1.3 à la fois en intracellulaire par le Ca2+ et en extracellulaire parles protons secrétés lors de l'exocytose. Les isoformes longues (Cav1.342L et Cav1.3∆44),positionnées en périphérie du ruban, réguleraient le recrutement vésiculaire. Par ailleurs, nous montrons que l'organisation spatiale des canaux Cav1.3 est dépendante d'un cytosquelette d'actine-F au ruban synaptique. La clarine 1 (protéine Usher IIIA) interagirait avec l'actine-F, l'harmonine (protéine PDZ, Usher IC) et la sous-unité β2 des canaux calciques pour organiser les canaux Cav1.3 dans les zones actives. / Cochlear inner hair cells (IHCs) encode acoustic signals into nerve impulses at their ribbon synapses formed with the auditory afferent fibers. The exocytosis of glutamatergic vesicles is triggered by voltage activation of Cav1.3 channels and requires otoferlin, the putative intracellular Ca2+ sensor. The precise molecular mechanisms of exocytosis still remain elusive, notably the mechanisms allowing the temporal precision, the high rates of vesicular fusion (high frequency phase-locking with sound) and the indefatigability of the process. We show here that exocytosis in auditory and vestibular hair cells relies on a specific tight spatial organization of Cav1.3 channels at the active zones. Auditory IHCs use different Cav1.3isoforms, notably short C-terminal isoforms (Cav1.343S et Cav1.342A). These short Cav1.3isoforms essentially trigger the RRP exocytosis (Readily Releasable Pool of vesicles) and are at the origin of its fast adaptation. This fast exocytotic adaptation is based both on an intracellularCa2+ dependant inactivation of the Ca2+ current and on its extracellular block by exocytosed protons. Long Cav1.3 isoforms (Cav1.342L et Cav1.3∆44) regulate the vesicular recruitment at the active zones. Furthermore, our results show that a synaptic actin cytoskeleton is essential for the tight spatial organization of the Cav1.3 channels at the ribbons. Clarin 1 (Usher IIIA protein),through its interactions with the F-actin network, harmonin (PDZ protein, Usher IC) and the Ca2+channel β2 subunit, is required to maintain the tight organization of Cav1.3 channels at the ribbon synapses.

Alix (ALG-2 Interacting Protein X) est une protéine cytoplasmique impliquée dans divers processus cellulaires allant de l'apoptose à la cytocinèse en passant par le bourgeonnement des virus, la réparation membranaire et la régulation de la voie endosomale. Toutes ces fonctions sont étroitement associées à l'interaction d'Alix avec ses partenaires impliqués dans la déformation des membranes telles que les endophilines A, Tsg-101 et CHMP4B du complexe ESCRT (Endosomal Sorting Complex Required for Transport). Le but de ce projet est de caractériser le phénotype de la souris Alix ko récemment développée au laboratoire, dans l'espoir de mieux comprendre le rôle physiologique d'Alix. Ces souris, viables et fertiles, sont caractérisées par une microcéphalie apparaissant au cours de l'embryogenèse. Ce phénotype est accompagné d'une apoptose massive touchant les progéniteurs neuronaux durant la neurogenèse et d'une altération du développement de l'arborisation dendritique après la naissance. Les souris adultes présentent également des défauts de plasticité synaptique accompagnés d'une altération du recyclage des vésicules synaptiques. L'ensemble de ces processus repose sur la capacité d'Alix à contrôler le remodelage de la membrane plasmique. Au niveau moléculaire, nos travaux sur les neurones en cultures et sur les fibroblastes montrent une régulation de l'endocytose indépendante de la clathrine (CIE) par Alix et les endophilines A qui pourrait être à l'origine du phénotype neuronal de la souris. Cependant, l'association d'Alix avec CHMP4B du complexe ESCRT pourrait également être nécessaire au développement du système nerveux puisque l'interaction Alix-CHMP4B est nécessaire pour le contrôle de la CIE et de la mort neuronale.L'ensemble de ces résultats mets en évidence qu'à travers des mécanismes et des partenaires bien caractérisés, Alix est requise pour de nouvelles fonctions nécessaires au développement et au fonctionnement du système nerveux. / Alix (ALG-2 Interacting Protein X) is a cytoplasmic protein implicated in multiple processes including apoptosis, endosome function, membrane repair, viral budding and cytokinesis. Most of these involve modifications of plasma or endosomal membrane organization. Consistent with this, Alix is known to interact with diverse proteins modulating membrane deformation, such as endophilins or Tsg-101 and CHMP4B of the Endosomal Sorting Complex Required for Transport (ESCRT). By studying the phenotype of Alix ko mice that we recently developed, we aim to better understand the precise role of Alix in vivo. These mice are viable and fertile but develop microcephaly even at embryonic stages. This microcephaly is associated with an increase of apoptosis in neural progenitor cells in embryos and a defect in neurite outgrowth at post-natal stages. Later on, these mice also develop defects in synaptic plasticity related to an alteration of synaptic vesicle recycling. All of these processes are tightly dependent on membrane shaping and remodelling. These features of the phenotype can be related to a new function of Alix with endophilin A in the control of clathrin-independent endocytosis (CIE), as described in Alix ko fibroblasts and cultured neurons. However, these defects might also be related to the well-known Alix partner CHMP4B, since we now know that this interaction is needed for controlling CIE and neuronal cell death.All together, these results shed light on novel functions of Alix in the developing and adult central nervous system, all relying on well-known molecular mechanisms and partners.

Orientador: Angelica de F. de Assunção Braga / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Ciencias Medicas / Made available in DSpace on 2018-08-06T23:53:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Loyola_YolandaChristinadeSousa_D.pdf: 22412843 bytes, checksum: 64766635e73a046988de0b090a234fe6 (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: Os anestésicos locais comumente empregados na prática clínica podem interagir com os bloqueadores neuromusculares e potencializar seus efeitos. Muitos autores estudaram esta interação mas o mecanismo envolvido na potencialização do bloqueio neuromuscular e a ação dos anestésicos locais nos sítios pré e pós juncionais não foram completamente elucidados. Neste trabalho através de experimentos específicos na junção neuromuscular foram estudados os seguintes parâmetros: o efeito dos anestésicos locais procaína e lidocaína na transmissão neuromuscular; a sua influência no bloqueio neuromuscular produzido pela d-tubocurarina e pelo rocurônio; a eficácia da neostigmina e da 4-aminopirídina na reversão do bloqueio produzido pela associação anestésicos locais - bloqueadores neuromusculares; os efeitos dos anestésicos locais nos potenciais de membrana e potenciais de placa terminal em miniatura. Avaliou-se também em preparações diafragma de rato cronicamente desnervado e biventer cervicis de pintainho os efeitos dos anestésicos locais na ação contraturante da acetilcolina. Os resultados foram expressos em médias e desvios padrão e analisados através dos testes de Wilcoxon e Mann-Witney, adotando-se um nível de significância de 5% (p < 0,05). Nas preparações nervo frênico - diafragma de rato, sob estimulação elétrica indireta, os anestésicos locais nas concentrações empregadas, não alteraram a amplitude das respostas musculares mas potencializaram os efeitos da d- tubocurarina e do rocurônio.. Este bloqueio foi parcialmente e totalmente revertido pela neostigmina e pela 4-aminopiridina, respectivamente. A procaína e a lidocaína não causaram alteração significativa nos potenciais de membrana, não demonstrando ação despolarizante na fibra muscular. A procaína causou diminuição na amplitude e na freqüência dos potenciais de placa terminal em miniatura (pptms) e a lidocaína, ao contrário, promoveu um aumento inicial na freqüência dos pptms seguida de bloqueio. Nas preparações biventer cervicis de pintainho e diafragma de rato cronicamente desnervado, a procaína e a lidocaína promoveram diminuição significativa na resposta contraturante da acetilcolina evidenciando um efeito pós-juncional. Os resultados obtidos demonstram um sinergismo entre as drogas devido principalmente a um efeito pós-juncional / Abstract: Local anesthetics commonly used in clinical practice can interact with neuromuscular blockers and potentiate their effects. Many authors studied this interaction, but the mechanism involved in the potentiation of neuromuscular blockers and the action of local anesthetics in the pre and postjunctional sites were not completely elucidated- In this study, in specific experiments in the neuromuscular junction the following parameters were studied: the effects of the local anesthetics procaine and lidocaine in the neuromuscular transmission; its influence on the neuromuscular blockade produced by d-tubocurarine and by rocuronium; the efficacy of neostigmine and of 4-aminopyhdine in the reversion of the blockade produced by the association of local anesthetics - neuromuscular blockers; the effects of local anesthetics on the membrane potentials and miniature end - plate potentials. It was also evaluated in chronically denervated rat diaphragm preparation and chick biventer cervicis preparation the effects of local anesthetics on acetylcholine contracture. The results were expressed in average and standard deviation and analyzed through the Wilcoxon and Mann-Witney tests, adopting a level of significance of 5% (p <0.05). In rat phrenic nerve diaphragm preparations under indirect electric stimulation, local anesthetics in the concentrations used did not change the amplitude of the muscle response but potentiated the effects of d-tubocurarine and of rocuronium. This blockade was partially and totally reverted by neostigmine and by 4-aminopyridine, respectively. Procaine and lidocaine caused no significant alteration in the membrane potentials, not demonstrating depolarizing action in the muscle fiber. Procaine caused a decrease in the amplitude and frequency of the miniature end - plate potentials {meps) and lidocaine, in contrast, promoted an initial increase in the frequency of meps followed by blockade. In chick biventer cervicis preparations and chronically denervated rat diaphragm, procaine and lidocaine promoted a significant decrease in the response to acetylcholine contracture evidencing a post-junctional effect. The results obtained demonstrate a synergism among the drugs mainly due to a postjunctional effect / Doutorado / Doutor em Farmacologia

Le cerveau est formé d’un réseau complexe de neurones responsables de nos fonctions cognitives et de nos comportements. Les neurones reçoivent via des contacts spécialisés nommés « synapses », des signaux d’autres neurones.[...] Le mécanisme par lequel les neurones reçoivent, intègrent et transmettent ces informations est très complexe et n'est toujours pas parfaitement compris. Dans les synapses excitatrices, les récepteurs AMPA (AMPARs) sont responsables de la transmission synaptique rapide. Les récents développements en microscopie de super résolution ont permis à la communauté scientifique de changer la vision de la transmission synaptique. Une première avancée fait suite à l’observation que les AMPARs ne sont pas distribués de façon homogène dans les synapses, mais sont organisés en nanodomaines de ~ 80 nm de diamètre contenant ~ 20 récepteurs. Ce contenu est un facteur important pour déterminer l'amplitude de la réponse synaptique. En raison de la basse affinité des AMPARs pour le glutamate, un AMPAR ne peut être activé que lorsqu'il est situé dans une zone de ~ 150 nm en face du site de libération des neurotransmetteurs. Récemment, il a été montré que les nanodomaines d’AMPARs sont situés en face de ces sites de libération, formant des nano-colonnes trans-synaptiques à l'état basal. Cette organisation précise à l’échelle nanométrique semble être un facteur clé dans l'efficacité de la transmission synaptique. Une autre avancée a été l'observation que les AMPARs diffusent à la surface des neurones et sont immobilisés à la synapse pour participer à la transmission synaptique. L'échange dynamique entre le pool diffusif d’AMPARs et les récepteurs immobilisés dans les nanodomaines participe au maintien de l’efficacité de la réponse synaptique lors de stimulations à hautes fréquences. L'objectif de ma thèse a été de déterminer le rôle des paramètres indiqués ci-dessus sur les propriétés de la transmission synaptique, à l'état basal et au cours de phénomènes dits de plasticité synaptique. Tout d'abord, nous avons identifié le rôle crucial de la Neuroligine dans l'alignement des nanodomaines d’AMPARs avec les sites de libération du glutamate. En plus de cela, nous avons mis en évidence l’impact de cet alignement sur l’efficacité de la transmission synaptique en perturbant celui-ci. En parallèle, nous avons démontré que les AMPARs désensibilisés sont plus mobiles à la membrane plasmatique que les récepteurs ouverts ou fermés, et ce, en raison d'une diminution de leur affinité pour les sites d’immobilisation synaptiques. Nous avons montré que ce mécanisme permettait aux synapses de récupérer plus rapidement de la désensibilisation et d'assurer la fidélité de la transmission synaptique lors de stimulations à hautes fréquences. Enfin, les synapses peuvent moduler leurs intensités de réponse grâce à des mécanismes de plasticité synaptique à long terme, et plus particulièrement, la dépression à long terme (LTD) qui correspond à un affaiblissement durable de ce poids synaptique. [...] À la suite des découvertes précédentes concernant le rôle de la nano-organisation dynamique des AMPARs pour réguler le poids et la fiabilité de la transmission synaptique, j'ai décidé d'étudier leur rôle dans l'affaiblissement et la sélection des synapses. J'ai découvert que la quantité d’AMPAR par nanodomaine diminue rapidement et durablement. Cette première phase semble due à une augmentation de l’internalisation des AMPARs. Dans un deuxième temps, la mobilité des AMPARs augmente suite à une réorganisation moléculaire de la synapse. Ce changement de mobilité des AMPARs permet aux synapses déprimées de maintenir leur capacité à répondre aux signaux neuronaux à hautes fréquences. Ainsi, nous proposons que l'augmentation de la mobilité des AMPARs au cours de la LTD permet de transmettre une réponse fidèle dans les synapses stimulées à hautes fréquences et donc de sélectivement les maintenir tout en éliminant les synapses inactives. / The brain is a complex network of interconnected neurons responsible for all our cognitive functions and behaviors. Neurons receive inputs at specialized contact zones named synapses which convert an all or none electrical signal to a chemical one, through the release of neurotransmitters. This chemical signal is then turned back in a tunable electrical signal by receptors to neurotransmitters. However, a single neuron receives thousands of inputs coming from several neurons in a spatial- and temporal-dependent manner. The precise mechanism by which neurons receive, integrate and transmit this synaptic inputs is highly complex and is still not perfectly understood. At excitatory synapses, AMPA receptors (AMPARs) are responsible for the fast synaptic transmission. With the recent developments in super-resolution microscopy, the community has changed its vision of synaptic transmission. One breakthrough was the discovery that AMPARs are not randomly distributed at synapses but are organized in nanodomains of ~80 nm of diameter containing ~20 receptors. This content is an important factor since it will determine the intensity of the synaptic response. Due to their mM affinity for glutamate, AMPARs can only be activated when located in an area of ~150 nm in front of the neurotransmitter release site. Recently, AMPAR nanodomains have been shown to be located in front of glutamate release sites and to form trans-synaptic nanocolumns at basal state. Thus, the nanoscale organization of AMPARs regarding release sites seems to be a key parameter for the efficiency of synaptic transmission. Another breakthrough in the field was the observation that AMPARs diffuse at the cell surface and are immobilized at synapses to participate to synaptic transmission. The dynamic exchange between AMPAR diffusive pool and the receptors immobilized into the nanodomains participates to maintain the efficiency of synaptic response upon high-frequency stimulation.The overall aim of my PhD has been to determine the role of each above listed parameters on the intimate properties of synaptic transmission both at basal state and during synaptic plasticity. First, we identified the crucial role of Neuroligin in the alignment of AMPAR nanodomains with glutamate release sites. In addition, we managed to break this alignment to understand its impact on synaptic transmission properties. In parallel, we demonstrated that, due to a decrease in their affinity for synaptic traps, desensitized AMPARs diffuse more at the plasma membrane than opened or closed receptors. This mechanism allows synapses to recover faster from desensitization and ensure the fidelity of synaptic transmission upon high-frequency release of glutamate. Finally, synapses can modulate their strength through long-term synaptic plasticity, in particular, Long-Term Depression (LTD) corresponds to a long-lasting weakening of synaptic strength and is thought to be important in some cognitive processes and behavioral flexibility through synapse selective elimination. Following the previous discoveries about the impact of AMPAR dynamic nano-organization at synapses on the regulation of the synaptic transmission strength and reliability, I decided to investigate their role in the weakening of synapses. I found that AMPAR nanodomain content drops down rapidly and this depletion last several minutes to hours. The initial phase seems due to an increase of endocytosis events, but in a second phase, AMPAR mobility is increased following a reorganization of the post-synaptic density. This change in mobility allows depressed synapses to maintain their capacity to answer to high-frequency inputs. Thus, we propose that LTD-induced increase in AMPAR mobility allows to conduct a reliable response in synapses under high-frequency stimulation and thus to selectively maintain them while eliminating the inactive ones.

Chez les rongeurs et humains, un « tonus » cholinergique spinal endogène modulant les comportements nociceptifs (douloureux) a été décrit. Une source potentielle de cette acétylcholine sont les interneurones cholinergiques de la corne dorsale (CD) de la moelle épinière. Nos objectifs étaient les suivants : (1) caractériser le « tonus » cholinergique spinal responsable de l’établissement des seuils mécaniques nociceptifs et (2) élucider le rôle des neurones cholinergiques CD dans la modulation de l'information sensorielle chez des animaux naïfs et neuropathiques. Nous avons confirmé la présence d'un « tonus » cholinergique qui module les seuils mécaniques et démontré qu'il est encore présent, bien qu'il soit modifié, après une neuropathie. Les interneurones cholinergiques reçoivent des entrées excitatrices localisées sur des segments plus distants et reçoivent généralement une faible fréquence d’entrées inhibitrices. De plus, ils sont indirectement reliés par des afférences primaires nociceptives qui expriment TRPV1, ce qui démontre leur implication dans le circuit nociceptif. Dans les conditions neuropathiques, les entrées des neurones LIII / IV ne sont pas affectées après une lésion du nerf périphérique. Une meilleure compréhension du système cholinergique spinal peut ouvrir la voie à une thérapie alternative contre la douleur. / An endogenous spinal cholinergic tone modulating nociceptive (pain­like) behaviors has been demonstrated in rodents and humans. One potential source of this acetylcholine is the spinal Dorsal Horn (DH) cholinergic interneurons. Our objectives were to: (1) characterize the spinal cholinergic tone establishing mechanical nociceptive thresholds and (2) to elucidate the role of DH cholinergic neurons in the modulation of sensory information of naïve and neuropathic animals. We have confirmed the presence of a cholinergic tone modulating mechanical thresholds and demonstrated that it is still present, although altered, after neuropathy. The DH cholinergic interneurons receive excitatory inputs from distant spinal segments and generally receive lower inhibitory inputs. In addition, they are indirectly connected by a subset of nociceptive primary afferents expressing TRPV1, demonstrating their involvement in nociceptive processing. In neuropathic spinal circuits, the inputs to LIII/IV neurons appears to be unaffected after injury. Better understanding the spinal cholinergic system can pave way to alternative pain therapy.

Ectothermic animals are susceptible to temperature changes such as cold shock with seasons. To survive through a cold shock, ectotherms have developed unique strategies. My interest is focusing on the physiological function of during cold shock and prolonged cold exposure in the fruit fly (Drosophila melanogaster) and crayfish (Procambarus clarkii). I used Drosophila melanogaster as a model system to investigate cardiac function in response to modulators (serotonin, acetylcholine, octopamine, dopamine and a cocktail of modulators) in acute cold shock and chronic cold shock conditions as possible mechanism to regulate heart rate in the cold. To examine if the dampened heart rate in the cold could still be enhanced by modulators or calcium loading, modulators and light-sensitive channelrhodopsin proteins were utilized to stimulate the heart. This light induced cardiac activation increased heart rate in all conditions, and potentially can be used for cardiac therapy in mammals. Also, the acute and chronic cold conditioned heart showed responsiveness to the above mention modulators. In examining how synaptic transmission is influenced by acute and chronic cold, the crayfish neuromuscular junction was used as a model. This is a good model as there are high and low output synapses to be investigated. The low output neuromuscular junction was enhanced in response to acute cold. The high output nmj increased in synaptic response to acute cold. In addressing chronic cold conditions, the nmj were physiologically assayed in their response to acute warm changes as well as influence of serotonin and octopamine. In chronic cold condition, the synaptic output was varied in enhanced and dampened responses to an acute warm environment. These junctions were enhanced in their synaptic output by serotonin and octopamine (100nM). In assessing, by HPLC assay, octopamine concentration increased in chronic cold crayfish. This suggests compensation in synaptic transmission in cold acclimation possibility via endocrine responses.

Le sommeil a un effet sur la mémoire mais également sur l'oubli. Nous avons soumis des rats à des tâches impliquant différents degrés d'oubli. Ces tâches, impliquant mémoire de référence (MR), ou mémoire de travail (MT) avec différents niveaux d'interférences, ont été réalisées dans un même dispositif comportemental. Alors que nous avons observés une augmentation du sommeil paradoxal (SP) lors de la tâche de MR, les performances en MT nécessitant l'oubli sont dépendantes du sommeil lent (SL). Seuls les rats entrainés en MR montrent une augmentation du thêta phasique durant le SP, ainsi que des fuseaux durant le SL. Ces résultats indiquent donc un rôle du SP dans les apprentissages spatiaux à long terme alors que la flexibilité comportementale requise en MT semble dépendante du SL. Il existe de nombreuses évidences suggérant que l'apprentissage résulte de modifications synaptiques, et différentes théories suggèrent des rôles différents du SL et du SP dans ces changements. Nous avons donc ensuite examiné l'évolution de la transmission synaptique dans l'hippocampe (HPC), mais aussi entre l'HPC et le cortex préfrontal médian (CPFm) ainsi que le noyau accumbens (NAc). Alors que le SL accroit la transmission synaptique dans l'HPC, le SP la diminue. Au niveau des efférences de l'HPC, le SL diminue la transmission vers le CPFm alors que les épisodes de SP favorisent la communication vers le NAc. Plutôt que de favoriser globalement des processus communs à l'ensemble du cerveau, nos résultats suggèrent que le SL et le SP permettent de rediriger les flux d'informations entre différents réseaux, et que cet aiguillage de l'information est modulé par les oscillations du sommeil / Numerous studies have now demonstrated that sleep has a beneficial influence on memory but also impact forgetting. We have submitted rats to behavioral tasks involving different levels of forgetting. These tasks, implying reference memory (RM) or working memory (WM) with different level of interferences, were executed in the same behavioral apparatus. Whereas we observed an increase of paradoxical sleep (PS) during the RM training, the WM tasks requiring forgetting are dependent on slow-wave sleep (SWS). Only the RM trained rats exhibited an increase in theta bursts during PS, as well as spindles during SWS. These results thus indicate the role of PS in long-term spatial learning, whereas behavioral flexibility required by WM tasks is dependent on SWS. Numerous pieces of evidence suggest that learning is caused by modifications of synaptic connections, and different theories suggest different roles of the SWS and PS to optimize these changes. We sought to understand the evolution of synaptic transmission in the hippocampal network but also between the hippocampus (HPC) and the medial prefrontal cortex (mPFC), as well as between the HPC and the nucleus accumbens (NAc). While SWS increases synaptic transmission in the HPC, PS decreases it rapidly. In contrast and regarding hippocampal efferents, SWS reduces transmission to the mPFC while PS enhances transmission to the NAc. In contrast to the hypotheses posing that sleep promotes a global process common to the entire brain; our results suggest that SWS and PS redirect data flows between different networks, and that this switch between different information pathways could be modulated by the various sleep oscillations

MeCP2 est une protéine multifonctionnelle agissant à de nombreux niveaux de contrôle des programmes génétiques. Un mauvais dosage de MeCP2 cause un groupe de maladies neurologiques dont le point commun est une déficience intellectuelle sévère. Des mutations ou une délétion de MECP2 causent le syndrome de Rett chez les filles, alors que sa surexpression cause chez les garçons le syndrome de duplication de MECP2. Plusieurs modèles murins de Mecp2-pathies ont été générés qui permettent d’expliciter les mécanismes qui sous-tendent l’apparition des symptômes dans ces différentes maladies. Dans notre laboratoire, deux modèles murins sont utilisés: le modèle Mecp2tm1Bird qui présente une déficience en Mecp2 et le modèle Mecp2Tg1 présentant une surexpression de Mecp2. Ce travail de thèse a permis de caractériser l’évolution postnatale des déficits moteurs et physiologique affectant la souris Mecp2Tg1. Nos résultats montrent que la surexpression de Mecp2 conduit à l’apparition de problèmes moteurs, et des convulsions chez la souris. En parallèle, nous avons étudié les déficits neuronaux affectants la voie GABAergique et glutamatergique chez la souris déficiente en Mecp2. Nous avons montré que la déficience en Mecp2 cause une dérégulation de la transmission synaptique dépendante du ‘territoire’ et de l’âge de la maladie. Ces dérégulations sous-tendent vraisemblablement des différences neurophysiologiques importantes entre les régions du cerveau qu’il nous reste encore à découvrir. Par ailleurs, nous avons constaté que la stimulation pharmacologique du système GABAergique par la Tiagabine, permet d’augmenter la survie des animaux Mecp2-déficients. / MeCP2 is a multifunctional protein acting on many levels of control of genetic programs. Thus, an abnormal dosage of MeCP2 protein causes a group of neurological disorders with a common feature of severe intellectual disability. Mutations or deletions in MECP2 gene cause Rett Syndrome in females, whereas in boys its overexpression causes the MECP2-duplication Syndrome. Several mouse models of MECP2-pathologies were generated. The use of these models is crucial for understanding the mechanisms underlying the onset of symptoms related to the pathology. In our laboratory, two mouse models are under study: The Mecp2tm1Bird model with an Mecp2 deficiency and the transgenic Mecp2Tg1 model with a double expression of Mecp2. My thesis work enabled the characterization of the postnatal physiological and motor deficits affecting Mecp2Tg1 mice. My work led to a better understanding of the gene dosage effect. Our results showed that overexpression of Mecp2 in mice, led to the occurrence of motor problems, and seizures. In parallel, we studied the neural deficits affecting the GABA and the glutamate pathway in several structures of the Mecp2 deficient brain (Mecp2tm1bird). We showed that Mecp2-deficiency causes deregulation of the synaptic transmission, which is dependent on the area, and the age of the study. These deregulations underlie significant neurophysiological differences between the different regions of the brain that we still have to uncover. Furthermore, we found that pharmacological stimulation of the GABA system with Tiagabine, a molecule capable of acting on GABA transporters to prevent its uptake, increases the survival of Mecp2-deficients animals.