Le stress est un facteur de risque majeur pour les troubles de l'humeur comme l'anxiété et la dépression. Les rats exposés à un stress prénatal de contention (PRS) – i.e. la progéniture de mères soumises à des épisodes répétés de stress au cours des 10 derniers jours de gestation - développent des changements biochimiques et comportementaux durables qui résument certains traits de la dépression et de l'anxiété. Un nombre grandissant de travaux suggère l'implication du système glutamatergique hippocampique dans ces troubles. L'hippocampe fait partie intégrante de la programmation altérée déclenchée par le PRS. Nous avons donc décidé d’étudier l'hypothèse glutamatergique de la dépression chez le rat PRS, en mettant l'accent sur les mécanismes de neuroadaptation dans le circuit hippocampique. Nous avons démontré que les rats PRS présentaient une altération de la libération de glutamate dans l'hippocampe ventral, partie spécifique de l’hippocampe reliée au stress et aux émotions. Remarquablement, des injections locales de produits qui améliorent la libération du glutamate dans l’hippocampe ventral (i.e. un cocktail d’antagonistes des récepteurs au GABA-B et mGlu2/3) exerçaient un fort effet anxiolytique chez les rats PRS. De plus, un traitement chronique avec des antidépresseurs conventionnels améliorait la libération du glutamate dans l’hippocampe ventral et corrigeait le phénotype de type anxieux/dépressif induit par le PRS. Sachant que l’hippocampe ventral module la programmation motrice striatale, nous avons étendu notre étude chez le rat PRS à la catalepsie induite par l'halopéridol, qui modélise le parkinsonisme pharmacologique chez l'Homme. Nous avons constaté que les rats PRS étaient résistants à la catalepsie induite par l’halopéridol, comme le résultat d'une activité augmentée des noyaux thalamiques moteurs, et tel que révélé par le compte stéréologique des neurones c-Fos-positifs. Nos résultats renforcent la théorie glutamatergique dans les troubles de l'humeur liés au stress et suggèrent qu'une déficience de l'hippocampe ventral et son influence sur le circuit striatal sont des éléments clé du programme neuroplastique induit par le PRS. / Stress is a major risk factor for mood disorders, such as anxiety and depression. Rats exposed to prenatal restraint stress (PRS) - i.e. the offspring of dams submitted to repeated episodes of stress during the last 10 days of gestation - develop long-lasting biochemical and behavioral changes that recapitulate some traits of depression and anxiety. Mounting evidence suggests the involvement of hippocampal glutamatergic system in such disorders. Interestingly, the hippocampus represents an integral part of the altered programming triggered by PRS. Hence, we decided to investigate the glutamatergic hypothesis of depression in the rat model of PRS focusing on mechanisms of neuroadaptation within the hippocampal circuit. We found that PRS rats showed an impairment of glutamate release, in the ventral hippocampus, which is the specific portion of the hippocampus related to stress and emotions. Remarkably, local injections of drugs that enhanced glutamate release in the ventral hippocampus (i.e., a cocktail of GABA-B and mGlu2/3 receptor antagonists) had strong anxiolytic effects in PRS rats. In addition, chronic treatment with conventional antidepressant drugs enhanced glutamate release in the ventral hippocampus and corrected the anxious/depressive-like phenotype induced by PRS. Knowing that the ventral hippocampus modulates striatal motor programming, we extended the study of PRS rats to haloperidol-induced catalepsy, which models pharmacological parkinsonism in humans. We found that PRS rats were resistant to haloperidol-induced catalepsy as a result of an increased activity of motor thalamic nuclei, as assessed by stereologic counting of c-Fos-positive neurons. Our findings support the glutamatergic theory of stress-related mood disorders and suggest that an impairment of the ventral hippocampus and its influence on striatal circuit are key components of the neuroplastic program induced by PRS.

La sédentarité ou un alitement prolongé sont des situations ayant en commun une perturbation sensorimotrice (PSM), conduisant à une dégradation de la posture et la locomotion, dont l’origine est à la fois musculaire et nerveuse. Des études réalisées sur un modèle animal de PSM ont notamment montré des modifications biochimiques et morphologiques au niveau du cortex sensorimoteur. Cependant, les mécanismes sous-jacents ne sont tous pas élucidés. La O-GlcNAcylation, une glycosylation atypique, est une bonne candidate pour participer à cette neuroplasticité. Par interaction avec la phosphorylation, ces modifications post-traductionnelles sont impliquées dans des processus essentiels tels que l'activité synaptique ou la morphogenèse neuronale. L’objectif principal de cette thèse a été d’étudier les mécanismes moléculaires de la plasticité synaptique du cortex sensorimoteur et d’examiner l’implication potentielle de la O-GlcNAcylation au cours d’une période de PSM. Des changements d’activation et d’expression de protéines synaptiques ont été mis en évidence, montrant une diminution de la libération des neurotransmetteurs et une réduction de l’efficacité synaptique. La O-GlcNAcylation et la phosphorylation interviennent dans ces modifications en régulant finement l’activité de protéines spécifiques. La modulation des taux corticaux de O-GlcNAcylation permet de prévenir la réorganisation du cortex somesthésique, et prévient partiellement certaines altérations des performances sensorimotrices induite par une PSM. En conclusion, ces travaux montrent que la O-GlcNAcylation, en interaction avec la phosphorylation, participe activement à la plasticité synaptique induite par une PSM. / Sensorimotor perturbation (SMP) is frequently encountered in various situations, such as a sedentary lifestyle or prolonged bed rest. They all lead to postural and locomotor issues; whose origin is both muscular and nervous. Studies performed in a SMP animal model have shown changes in the sensorimotor cortex such as biochemical changes, somatotopic maps reorganization, morphological modifications of dendritic spines…. However, the underlying mechanisms are still unclear. O-GlcNAcylation, an atypical glycosylation, is a good candidate to participate in this neuroplasticity. By interplays with phosphorylation, these posttranslational modifications are both involved in essential cellular and physiological processes such as synaptic activity or neuronal morphogenesis. The main objective of this thesis was to study the molecular mechanisms of synaptic plasticity of the sensorimotor cortex and to examine the potential involvement of O-GlcNAcylation during a SMP period. We have shown that a period of SMP induces changes in activation and expression of synaptic proteins, leading to a decrease of neurotransmitters release and synaptic efficacy reduction. O-GlcNAcylation and phosphorylation appear to be involved in this synaptic plasticity by finely regulating the activity of specific synaptic proteins. Cortical modulation of O-GlcNAcylation level prevents somatosensory cortex reorganization, and prevents partially some alterations of sensorimotor performances induced by a SMP. In conclusion, all of these studies suggest that O-GlcNAcylation, in interaction with phosphorylation, participates actively in synaptic plasticity induced by SMP period.

Pas de résumé / Oligodendrocyte precursors cells (OPCs) are a major pool of progenitors during early development, but also persist in the adult. In 2000, a major dogma in neuroscience was broken when the existence of bona fide synapses between neurons and OPCs, a non-neuronal cell in the brain, was demonstrated. Now, it is known that OPCs can be contacted either by glutamatergic or GABAergic synapses in grey and white matter regions. However, the role of these synapses, especially of GABAergic synapses, in OPC physiology is still unclear. Our team previously demonstrated that synaptic inputs received by OPCs in the deep layer of the somatosensory cortex are primarly GABAergic. It shows that these synapses are transient, reaching a peak of connectivity in the second postnatal week (2PNW) and disappearing in the fourth postnatal week (4PNW). Nevertheless, a different mode of GABAergic transmission still persists in the 4PNW in a form of an extrasynaptic transmission relying solely on GABA spillover from nearby neurons. In the first study of this thesis, I demonstrated that the developmental switch of transmission from synaptic to extrasynaptic between GABAergic interneurons and OPCs is accompanied by molecular changes in the subunit composition of the GABAA receptors (GABAARs) of OPCs. These changes are mainly characterized by the downregulation of the γ2 and the α5 subunits between the 2PNW and the 4PNW. Interestingly, the γ2 subunit, known as a hallmark of synaptic GABAARs in neurons, is downregulated in concomitance with the loss of synaptic inputs of cortical OPCs. Pharmacology specific for γ2 showed that the switch of transmission starts at the end of the 2PNW, with a gradual loss of sensitivity to diazepam, and a decrease in the amplitude of the miniature GABAergic evoked events. The leading hypotheses regarding the role of OPC synapses include proliferation and differentiation of OPCs as well as myelination. However, none has been formally demonstrated. Since γ2 is expressed exclusively at synaptic sites in OPCs, I targeted this subunit to inactivate γ2-mediated synapses and unravel their fonction in OPCs during postnatal development. The inducible deletion of γ2 in OPCs decreased by more than a half their GABAergic synaptic activity during the 2PNW, indicating that this model constitutes a suitable tool to inactivate cortical GABAergic OPC synapses. Contrary to initial hypotheses, including those of my team, we did not observe any change in proliferation, differentiation or developmental myelination pattern of the somatosensory cortex in the knockout mouse. In addition, two-photon calcium imaging allowed us to demonstrate that evoked γ2- mediated synaptic signaling does not involved calcium signaling. Nevertheless, we observed a decrease in the number of OPCs at P30 in the knockout mouse, suggesting that these synapses regulate the self-maintenance capacity of OPCs rather than oligodendrogenesis or myelination. To confirm that the reduction of OPC density is caused specifically by the inactivation of γ2-mediated synapses, we examined the proportion of recombinant OPCs and OLs, and used non-recombinant cells as internal controls. We observed a significant 32% decrease of recombined OPCs in the knockout at P30 that was not compensated by recombinant OLs or non-recombinant cells. Hence, postsynaptic γ2-mediated GABAARs play a role in adjusting OPC density during postnatal development. In conclusion, during my thesis I have demonstrated that the postnatal switch of transmission from synaptic in the 2PNW to extrasynaptic at the 4PNW between interneurons and OPCs is accompanied by the down-regulation of the γ2 subunit of GABAARs in cortical OPCs. Impairing the γ2-mediated synaptic GABAergic signaling in OPCs did not result in drastic changes in the proliferation of differentiation of these cells. Instead, our results rather indicate a role in the density homeostasis of OPC population during cortical development.

Dans le système nerveux central (SNC), toutes les activités neuronales sont sous l’influence des cellules gliales environnantes, incluant notamment les cellules microgliales. Ces cellules immunitaires résidentes du SNC régulent l’état neuroinflammatoire, si important dans les maladies neurodégénératives. Dans la microglie, les récepteurs du TGF-β de type I (ALK5) et de type II ont récemment été décrits comme une signature spécifique par rapport aux macrophages méningés ou infiltrants depuis le sang, permettant la maintenance/maturation de la microglie. Ces récepteurs sont également utilisés par les neurones en développement sous l'influence de membres de la famille TGF-β, incluant plusieurs GDFs (facteurs de croissance et de différenciation). C’est pourquoi, cette signalisation ALK4/5 a été étudiée dans le dialogue entre cellules microgliales et neurones chez la sangsue H. medicinalis. La sangsue médicinale est un modèle de neurobiologie qui, par sa structure nerveuse intéressante, offre la possibilité d’étudier les interactions entre sous-populations microgliales et neurones. Les résultats ont montré que les neurones et la microglie utilisent tous les deux la signalisation ALK4/5 dépendamment d’un membre de la famille TGF-β, appelé nGDF, pour maintenir des échanges mutuels après une lésion axonale. En effet, une libération neuronale immédiate de nGDF après une blessure axonale permet le recrutement précoce de microglie ALK4/5+ au point de la lésion tandis que, plus tardivement, la production de nGDF dans des cellules microgliales active de façon paracrine les neurones ALK4/5+. Ce second temps de dialogue permet aux neurones d’induire la production d'autres signaux chimiotactiques et ainsi maintenir l’accumulation de la microglie. Dans leur ensemble, les résultats permettent un nouvel aperçu de la compréhension de la voie ALK4/5 en tant que signal régulateur guidant une mobilisation chronologique correcte du recrutement de la microglie dans un cerveau adulte capable de régénération axonale. Les résultats ouvrent la perspective d’une telle étude chez les mammifères adultes afin de préciser la pertinence de ce dialogue dans le cerveau soumis à des lésions accidentelles ou pathologiques. / In the central nervous system (CNS), all neuronal activities are under the influence of surrounding glial cells, including microglial cells. These resident CNS immune cells regulate the neuroinflammatory state, so important in neurodegenerative diseases. In microglia, TGF-β type I (ALK5) and type II receptors have recently been described as a specific signature compared to meningeal or infiltrating macrophages from the blood, allowing maintenance/maturation of microglia. These receptors are also used by developing neurons under the influence of members of the TGF-β family, including several GDFs (growth and differentiation factors). Therefore, this ALK4/5 signaling was studied in the crosstalk between microglial cells and neurons in the H. medicinalis leech. The medicinal leech is a model of neurobiology that, through its interesting nervous structure, offers the possibility of studying the interactions between microglial subpopulations and neurons. The results showed that both neurons and microglia use ALK4/5 signaling, depending on a member of the TGF-β family, called nGDF, to maintain mutual exchanges after axonal injury. Indeed, immediate neuronal release of nGDF after axonal injury allows early recruitment of ALK4/5+ microglia at the point of injury while, later, production of nGDF in microglial cells paracrine-activated ALK4/5+ neurons. This second crosstalk time allows the neurons to induce the production of other chemotactic signals and thus maintain the accumulation of microglia. Together, the results provide a new insight into the understanding of the ALK4/5 pathway as a regulatory signal guiding correct timing of recruitment of microglia in an adult brain capable of axonal regeneration. The results open up the prospect of such a study in adult mammals to clarify the relevance of this dialogue in the brain subjected to accidental or pathological lesions.

Chez la sangsue médicinale, la réparation du système nerveux central (SNC) est conditionnée par le recrutement des cellules microgliales au niveau du site lésé. Deux facteurs chimioattractants, HmIL-16 et HmC1q, homologues à l’IL-16 et au C1q humains, ont été identifiés dans le SNC de la sangsue. Chez l’Homme, l’IL-16 est connue pour exercer une activité chimioattractante sur les cellules CD4+. Or, nos premiers tests in vitro ont montré (i) que la cytokine humaine recrute les cellules microgliales de sangsue et (ii) que HmIL-16 recrute les cellules CD4+ humaines. L’ensemble de ces données suggère la conservation d’une interaction fonctionnelle IL-16/CD4 chez la sangsue. Afin de confirmer cette hypothèse, une stratégie de purification du récepteur de HmIL-16 a été entreprise, suivie d'une caractérisation par spectrométrie de masse. Le C1q humain recrute les cellules immunitaires en se liant à deux récepteurs, le gC1qR et le cC1qR. Chez la sangsue, deux protéines, HmC1qBP et HmcC1qR, homologues aux récepteurs humains, ont été caractérisées dans le SNC. Afin de démontrer l’implication de ces récepteurs dans le recrutement microglial, des expériences d’immunohistochimie et de chimiotactisme ont été réalisées. Enfin, une stratégie de purification par affinité a permis de montrer l'interaction du C1q avec HmC1qBP et HmcC1qR. Le travail de thèse consiste à étudier les interactions moléculaires impliquées dans les processus de recrutement des cellules microgliales, intervenant à la suite d’une lésion du système nerveux de la sangsue. Les données acquises permettent de saisir les premiers mécanismes de la réponse microgliale, essentielle dans la réparation du SNC chez la sangsue. / The leech has the capacity to regenerate its central nervous system (CNS) following injury. After damage, the microglial cells migrate and accumulate at the lesion site, and this phenomenon is essential for the CNS repair. Moreover, two chemoattractant factors, HmIL-16 and HmC1q, which are mammalian IL-16 and C1q homologous, were identified in the leech CNS. In vertebrates, the IL-16 active form can recruit the immune CD4+ cells. Interestingly, our first chemotaxis assays showed that (i) human IL-16 recruits leech microglial cells (ii) HmIL-16 can exert a chemotactic activity on human CD4+ T cells. Taken together, the in vitro assays suggest the conservation of functional IL-16/CD4 interaction in leech. To confirm this hypothesis, the affinity purification using HmIL-16 demonstrated the interaction with a CD4-related protein in leech CNS. The human C1q recruits the immune cells via an interaction with two receptors named gC1qR (or C1qBP) and cC1qR. In the leech CNS, two proteins, HmC1qBP and HmcC1qR, present a high degree of homology with these human C1q receptors. In order to demonstrate the HmC1qBP and HmcC1qR implications in the leech microglial cells HmC1q-mediated recruitment, some in vitro chemotaxis assays were performed. These analyses were completed with immunohistochemistry experiments performed on crushed nerve cords. Finally, using the human C1q, HmC1qBP and HmcC1qR were purified by affinity. The presented work specifies the molecular processes which are involved in the microglial recruitment following lesions in the leech CNS. The data could help to understand the early phase of this response leading to a complete and functional CNS repair in the leech.

A la différence des mammifères le système nerveux central (SNC) de la sangsue médicinale, possède la faculté de régénérer ses neurites et ses connexions synaptiques suite à une lésion. Notre équipe a démontré que ce processus de régénération était favorisé par une infection bactérienne contrôlée. Le premier axe de ma thèse fut d’étudier le lien entre, l'activation de la réponse neuroimmunitaire et le processus de régénération, par l’étude de trois effecteurs récemment caractérisés au sein de la chaîne nerveuse de sangsue: deux peptides antimicrobiens (PAMs) (l’Hm-lumbricine et la neuromacine) et une cytokine-like, nommée Hm-EMAP II. Les résultats obtenus démontrent pour la première fois (i) une synthèse neuronale de PAMs possedant une activité neurotrophique en plus de leur activité antimicrobienne et (ii) l’effet chimiottractant d’EMAP II vis-à-vis des cellules microgliales humaines et de sangsue, donnant pour la première fois une fonction à cette cytokine dans le SNC humain. En effet, même si EMAP II est décrit comme un marqueur de réactivité des cellules microgliales du cerveau humain lésé, sa fonction dans cet organe n'a pas encore été élucidée. Le contact étroit entre le sang et la chaîne nerveuse nous a conduits dans un second temps, à explorer la participation de ce liquide biologique dans la réparation neuronale de notre modèle. Nos données montrent, qu’en plus d'exercer des fonctions immunitaires périphériques, le sang de sangsue optimise la réparation du SNC, par la libération de substances neurotrophiques. Les cellules sanguines s’avèrent également capables d’infiltrer le site de lésion où, en coopération avec les cellules microgliales, elles limitent la formation d'un manchon cicatriciel. Chez les mammifères, les blessures du SNC conduisent à la mise en place d'une cicatrice gliale, qui bloque le mécanisme de régénération en empêchant la repousse axonale du SNC. Les résultats présentés ici constituent la première description d’une fonction neuro-immunitaire des cellules sanguines chez un invertébré. L'ensemble de ces données présentent le SNC de sangsue comme un modèle intéressant pour étudier le lien entre immunité et réparation neuronale. / Following trauma, the central nervous system (CNS) of the medicinal leech, unlike the mammalian CNS, has a strong capacity to regenerate neurites and synaptic connections that restore normal function. Our team demonstrated that this regenerative process is enhanced by a controlled bacterial infection. As a first step of my PhD, the interaction between the activation of a neuroimmune response and the process of regeneration were explored by studying the role of three effectors newly characterized from the leech nerve cord: two antimicrobial peptides (AMPs) (Hm lumbricin and neuromacin) and one cytokine-like named Hm-EMAPII. Altogether the obtained results allowed reporting for the first time (i) the neuronal synthesis associated with a neurotrophic effect of AMPs and (ii) the ability of EMAPII to exert chemoattractant effect towards both leech and human microglial cells giving a function to this cytokine in the human SNC. Indeed, even if EMAPII is described as a marker of microglial cell reactivity in injured human brain, its function in the neural immunity has not been yet elucidated. As a second step of my PhD, the close contact of the blood with the nerve cord conducted us to explore the participation of blood in neural repair in our model. Our data evidenced that in addition of exerting peripheral immune functions, leech blood optimizes CNS neural repair through the release of neurotrophic substances. Circulating blood cells appeared also able to infiltrate the injured CNS where, in conjunction with microglia, they limit the formation of a scar. In mammals, CNS injury conducts to the generation of a glial scar that blocks the mechanism of regeneration by preventing axonal regrowth. The results presented here constitute the first description of neuroimmune functions of invertebrate blood cells. Altogether these studies introduce the leech CNS as an interesting model for studying the implication of immune molecules in neural repair.

Les homéoprotéines sont des facteurs de transcription morphogénétiques qui ont des fonctions cellulaire et non cellulaire-autonomes. Par exemple, En1 et En2 (Engrailed/En) sont importants pour le développement des neurones dopaminergiques du mésencéphale (mDA) et cruciaux pour leur maintien chez l'adulte. Les souris En1+/- présentent une dégénération progressive et spécifique des neurones mDA de la Substantia Nigra pars compacta (SNpc), rappelant la maladie de Parkinson. De plus, l'infusion d'En dans plusieurs modèles de la maladie sauve ces neurones. Dans le modèle MPTP, cela passe par l'augmentation de la traduction d'une sous-unité du complexe 1 de la mitochondrie, Ndufs1. Le but de ma thèse était de trouver d'autres mécanismes neuro-protecteurs d'En. En étudiant les souris En1+/-, nous avons montré que la neurodégénérescence est accompagnée de cassures d'ADN et d'une relaxation de la chromatine. Dans un modèle de fort stress oxydatif, on trouve un phénotype similaire mais accéléré, qui est guéri par En. L'amélioration de ces marqueurs majeurs du vieillissement après l'injection d'En renforce l'idée qu'il est un facteur anti-âge prometteur dans le traitement de la maladie de Parkinson. Les LINEs sont des rétrotransposons qui ont la capacité de se propager dans le génome, via un mécanisme de copier/coller. Bien que longtemps considérés comme silencieux, nous avons montré qu'ils sont exprimés dans la SNpc et suractivés par un fort stress oxydatif, entrainant cassures d'ADN et neurodégénération. Leur répression transcriptionnelle ou épigénétique par En pourrait expliquer l'activité protectrice de cette protéine dans des modèles de stress oxydatif progressifs ou forts. / Homeoproteins are morphogenetic transcription factors, which have cell and non-cell autonomous functions. For example, En1 and En2, collectively Engrailed (En), are important for midbrain dopaminergic (mDA) neuron development and crucial for their adult maintenance. En1+/- mice display a selective and progressive degeneration of the mDA neurons of the Substantia Nigra pars compacta (SNpc), reminiscent of Parkinson disease (PD). Furthermore, En infusion in the SNpc saves neurons in several models of the disease. In the case of MPTP, En-mediated neuroprotection partially necessitates its ability to upregulate the translation of Ndufs1, a subunit of the mitochondrial Complex I. The main aim of my thesis was to study additional neuroprotective pathways mediated by En. We first studied En1+/- mice and showed that neurodegeneration was accompanied by increased DNA damage and chromatin relaxation. In an acute oxidative stress model, similar but accelerated phenotypes were seen, which were antagonized by En injection. The En-mediated positive impact on these key hallmarks of ageing lends weight to the idea that En is a promising anti-ageing factor, possibly useful in the treatment of PD. Long interspersed nuclear elements (LINE-1) are a class of retrotransposons with the ability to multiply in the genome. Although considered silent, they are expressed in mouse mDA neurons and their expression is increased by an acute oxidative stress, leading to DNA damage and degeneration. Their direct repression by En allows us to propose that their transcriptional and/or epigenetic silencing explains part of En protective activity in mouse models of acute and progressive oxidative stress.

Les oligodendrocytes (OLs) sont les cellules myélinisantes du système nerveux central, s’enroulant autour des axones et permettant la conduction saltatoire du potentiel d’action. Dans la Sclérose en Plaques, des gaines de myélines sont détruites et l’efficacité de la remyélinisation par les précurseurs d’oligodendrocytes (OPCs) diminue avec la progression de la maladie. Une meilleure compréhension du mécanisme qui contrôle la génération des OPCs et leur différentiation est donc essentielle pour développer des thérapies efficaces de remyélinisation. L’oligodendrogenèse, qui comprend les étapes de génération des OPCs, de différenciation et de maturation des OLs, est un processus contrôlé par des facteurs de transcription spécifiques incluant Ascl1, Olig2 and Sox10 mais le mécanisme impliqué est encore peu connu. Sachant que les facteurs du remodelage de la chromatine sont des régulateurs nécessaires à la formation de la boucle promoter-enhancer permettant l’initiation de la transcription, nous nous sommes focalisé sur Chd7 (Chromodomain-Helicase-DNA-Binding 7), un membre de la famille de protéine CHD. Dans une première étude, nous avons montré que Chd7 est hautement enrichi dans le lignage oligodendroglial avec un pic d’expression pendant la différenciation des OLs. Nous avons également montré que la délétion conditionnelle de Chd7 diminuait la différentiation des OLs pendant la (re)myélinisation. Dans un seconde étude, nous avons utilisé des techniques de génomique sur les OPCs purifiés pour étudier la régulation par Chd7 de gènes impliqués dans la différenciation, la survie et la prolifération des OPCs. Dans ce but, nous avons générer des délétions inductible de Chd7 spécifiquement dans les OPCs (Chd7iKO) et nous avons analysé le transcriptome (RNA-seq) d’OPCs purifiés à partir de cerveaux de souris P7 comparé à des contrôles. Nous avons trouvé que Chd7 activait l’expression des gènes impliqué dans la différenciation des OPCs et la myélinisation et inhibait l’apoptose, sans montré de défaut de prolifération. Pour aller plus loin, nous avons étudié Chd8, un paralogue de Chd7, et nous avons montré qu’il est exprimé dans le lignage oligodendrocytaire avec un pic d’expression dans les OL en différenciation, similairement à Chd7. Les données de fixation (ChIP-seq) de Chd7 et Chd8 indiquent que ces deux facteurs du remodelage de la chromatine se fixent sur des gènes communs reliés au processus de différenciation, de survie et de prolifération des OPCs. Intégrant ces données avec celles de facteurs transcriptionnels clés dans l’oligodendrogenèse (Olig2, Ascl1 et Sox10), nous avons construit un modèle de la régulation de l’expression de gènes contrôlés dans le temps et impliqué dans chacune des étapes de la différenciation des oligodendrocytes. / Oligodendrocytes (OLs) are myelin-forming cells of the central nervous system wrapping axons and allowing the saltatory conduction of action potentials. In Multiple sclerosis (MS), myelin sheath is destroyed and effective remyelination by oligodendrocyte precursor cells (OPCs) diminishes with disease progression. Therefore, a better understanding of the mechanisms controlling OPC generation and differentiation is essential to develop efficient remyelinating therapies. Oligodendrogenesis, involving the steps of OPC generation, OPC differentiation and maturation of OLs, is a process controlled by specific transcription factors including Ascl1, Olig2 and Sox10 but the mechanisms involved are poorly understood. As it is known that chromatin remodelers are regulatory factors necessary in the formation of the promoter-enhancer loop prior to transcription, we focused our study on Chd7 (Chromodomain-Helicase-DNA-Binding 7), a member of the CHD protein family. In a first study, we showed that Chd7 is highly enriched in the oligodendroglial lineage cells with a peak of expression during OL differentiation and that Chd7 OPC-conditional deletion impairs OL differentiation during (re)myelination. In a second study, we used unbiased genome wide technics in purified OPCs to study Chd7 regulation of genes involved in OPC differentiation, proliferation and survival. To this aim, we have generated OPC-specific inducible Chd7 knock-out (Chd7-iKO) and analyse the transcriptome (RNA-seq) of purified OPCs from P7 mouse cortices compared to control littermates. We found that Chd7 promote the expression genes involved in OPC differentiation and myelination and inhibits apoptosis, without affecting OPC proliferation. Furthermore, we investigated Chd8, a paralog of Chd7, showing that it is expressed in the oligodendroglial lineage with a peak of expression in differentiating oligodendrocytes, similar to Chd7. Genome wide binding (ChIP-seq) profiling for Chd7 and Chd8 indicate that these two chromatin remodelers bind to common genes related to OPC differentiation, survival and proliferation. Integrating these datasets with other key transcriptional regulators of oligodendrogenesis (Olig2, Ascl1 & Sox10), we have built a model accounting for the time-controlled regulate expression of genes involved in each step of OL differentiation.

La théorie de la formation de la mémoire "en deux étapes" postule que la consolidation mnésique repose sur un dialogue pendant le sommeil entre l'hippocampe, où les traces mnésiques sont initialement formées, et le néocortex (notamment le cortex préfrontal médian, CPm), où elles seraient stockées à long terme. En particulier, la coordination entre oscillations au sein du réseau hippocampo-cortical pendant le sommeil apparaît comme un mécanisme plausible pour la consolidation. Nous avons augmenté la coordination temporelle entre ces deux structures pendant le sommeil suivant un apprentissage d'une tâche de mémoire spatiale limité en temps n'induisant pas de consolidation. Les rats ayant suivi le protocole permettant l'augmentation des intéractions entre ondulations hippocampiques, ondes delta corticales et fuseaux thalamo-corticaux par le biais d'impulsions électriques intra-corticales ont fait preuve d'un haut niveau de performance de rappel 24 h plus tard, contrairement à des rats de contrôle qui ne faisaient pas mieux que le hasard. Ainsi, cette augmentation des intéractions hippocampo-corticales pendant le sommeil a-t-elle stabilisé des traces mnésiques qui autrement n'auraient pas subsisté entre l'entraînement et le test. De plus, nous avons observé une réorganisation des réseaux neuronaux du CPm pendant le sommeil, ainsi qu'une réponse accrue du CPm à la tâche le lendemain. Ces travaux constituent une mise en évidence directe du rôle causal du dialogue hippocampo-cortical pendant le sommeil dans la consolidation mnésique, dont les mécanismes sous-jacents impliquent une coordination temporelle précise entre ondulations, ondes delta et fuseaux (Maingret et al., 2016). / The `two-stage' theory of memory posits that memory consolidation involves a dialogue during sleep between the hippocampus, where traces are initially formed, and the neocortex (notably the prefrontal cortex), where they are stored for long-term retention. Temporally coordinated oscillations in the hippocampo-cortical network could be a key mechanism for sleep-dependent memory consolidation. We dynamically manipulated the temporal coordination between the two structures during sleep following training on a spatial memory task specifically designed to trigger encoding, but not memory consolidation. Reinforcing the endogenous coordination between hippocampal sharp wave-ripples, cortical delta waves and spindles by timed electrical stimulation resulted in a high recall performance on the next day, contrary to control rats which performed at chance levels. Thus, this enhancement of hippocampo-cortical interactions during sleep stabilized memory traces that would have otherwise vanished between training and test. In addition, we observed a reorganization of prefrontal cortical networks during sleep, along with subsequent increased prefrontal responsivity to the task on the next day. These results provide direct evidence for a causal role of a hippocampo-cortical dialogue during sleep in memory consolidation, and indicate that the underlying mechanism involves a fine-tuned coordination between sharp wave-ripples, delta waves and spindles (Maingret et al., 2016).

Le complexe EJC (Exon Junction Complex) joue un rôle central dans le couplage des processus post-transcriptionnels chez les métazoaires. Ce complexe multi-protéique est assemblé sur les ARN messagers (ARNm) par la machinerie d’épissage. Organisé autour d’un complexe cœur servant de plate-forme à de nombreux facteurs, les EJCs accompagnent les ARNm dans le cytoplasme et participent à leur transport, leur traduction et leur stabilité. L’importance physiologique de l’EJC est supportée par les nombreux défauts développementaux et les maladies génétiques associées aux composants de l’EJC. Les analyses transcriptomiques révélant un assemblage hétérogène des EJCs renforcent l’hypothèse que les EJCs participent à la régulation de l’expression des gènes. Cependant, malgré une connaissance précise de la structure de ce complexe, les liens fonctionnels entre l’assemblage de l’EJC et la régulation de transcrits spécifiques dans des conditions physiologiques doivent être établis puis caractérisés.Durant cette thèse, j’ai étudié l’expression d’eIF4A3, Y14 et MLN51, trois protéines du cœur de l’EJC, dans des cultures primaires de cellules souches neurales murines (CSN). Les CSN peuvent être différenciées en cellules épendymaires multi-ciliées qui tapissent les ventricules cérébraux et ont un rôle important dans le développement du cerveau. J’ai observé par immunofluorescence dans des CSN quiescentes que les 3 protéines sont concentrées autour du centrosome à la base du cil primaire. Ces localisations reflètent la présence d’EJC assemblés comme le prouve l’étude d’un mutant d’Y14 incapable de former l’EJC. / The Exon Junction Complex (EJC) plays a central role in coupling post-transcriptional processes in metazoans. This multi-protein complex is assembled onto messengers RNAs (mRNAs) by the splicing machinery. Organized around a core complex serving as a platform for numerous factors, EJCs accompany mRNAs to the cytoplasm and is involved in mRNA transport, translation and stability. The physiological importance of the EJC is supported by observations associating defects in EJC component expression to developmental defects and human genetic disorders. Transcriptomic studies revealing the non-ubiquitous deposition of EJCs strengthened the hypothesis that EJCs could participate to gene expression regulation. However, despite a precise picture of the structure of the EJC, functional links between EJC assembly and regulation of specific transcripts under physiological conditions is yet to be established.During this thesis, I studied the expression of eIF4A3, Y14 and MLN51 three core proteins of the EJC in primary cultures of mouse neural stem cells (NSCs). NSCs can be differentiated into multiciliated ependymal cells that line all brain ventricles and have important physiological functions in brain development. We observed by immunofluorescence that in quiescent NSCs, all three proteins are concentrated in the vicinity of the centrosome at the base of the primary cilia. This localization reflects the presence of fully assembled EJCs as proved by the study of Y14 mutant that prevent EJC core mounting.