La mémoire de travail paramétrique - la capacité fondamentale à maintenir et à manipuler des informations quantitatives de façon transitoire - est essentielle à de nombreuses fonctions centrales (perception, action, décision, contrôle comportemental, cognition). À l'échelle des neurones du cortex préfrontal, la mémoire de travail paramétrique s'exprime au travers d'activités persistantes de fréquence gradée (multistabilité) codant l'amplitude d'informations quantitatives passées (p.ex. une quantité psychophysique, un nombre d'items), dont l'origine causale demeure incomprise. En simulant des modèles biophysiques détaillés et en analysant formellement leur version simplifiée, j'ai 1) étudié les propriétés de mémoire cellulaire de neurones de couche V du cortex préfrontal, munis de courants supraliminaires, et 2) évalué le rôle possible de ces propriétés dans les processus de maintien gradé de l'activité persistante au sein des réseaux récurrents préfrontaux. Ces modèles réalistes m'ont permis de proposer 1) l'existence d'une forme particulière de bistabilité cellulaire flexible, dont l'expression est conditionnée à l'historique de régulation des propriétés intrinsèques et à la nature de la stimulation perçue (présent) et 2) que cette bistabilité cellulaire peut, par son interaction avec la réverbération d'activité synaptique, participer à l'émergence des dynamiques collectives persistantes gradées des réseaux préfrontaux, le corrélât neuronal de la mémoire de travail paramétrique. / Parametric working memory – the fundamental ability to maintain and manipulate quantitative information transiently – is critical to many core brain functions (perception, action, decision, behavioral control, cognition). Across neurons of the prefrontal cortex, parametric working memory is expressed through persistent graded activities (multistability) encoding the amplitude of past quantitative information (e.g. a psychophysical quantity, a number of items). The causal origin of this multistability remains unclear. Using biophysical and analytical models, I first studied the mnemonic properties of individual neurons endowed with supraliminar conductances. I then evaluated the possible role of these properties in maintaining persistent graded activities in prefrontal recurrent networks. These realistic models suggest 1) the existence of a flexible form of cellular bistability, conditioned to the historical regulation of the intrinsic properties and the nature of the stimulation and 2) that this cellular bistability could participate, in interaction with synaptic reverberation, to the emergence of persistent graded collective dynamics in prefrontal networks, the neural correlate of parametric working memory.

Les champs électromagnétiques sont couramment utilisés pour stimuler de manière non-invasive le cerveau humain soit à des fins thérapeutiques ou dans un contexte de recherche. Les effets de la stimulation magnétique varient en fonction de la fréquence et de l'intensité du champ magnétique. Les mécanismes mis en jeu restent inconnus, d'autant plus lors de stimulations à faible intensité. Dans cette thèse, nous avons évalué les effets de stimulations magnétiques répétées à différentes fréquences appliqués à faible intensité (10-13 mT ; Low Intensity Repetitive Magnetic Stimulation : LI-rMS) in vitro, sur des cultures corticales primaires et sur des modèles de réparation neuronale. De plus, nous décrivons une méthodologie pour la construction d'un dispositif instrumental fait sur mesure pour stimuler des cultures cellulaires.Les résultats montrent des effets dépendant de la fréquence sur la libération du calcium des stocks intracellulaires, sur la mort cellulaire, sur la croissance des neurites, sur la réparation neuronale, sur l'activation des neurones et sur l'expression de gènes impliqués. En conclusion, nous avons montré pour la première fois un nouveau mécanisme d'activation cellulaire par les champs magnétiques à faible intensité. Cette activation se fait en l'absence d'induction de potentiels d'action. Les résultats soulignent l'importance biologique de la LI-rMS par elle-même mais aussi en association avec les effets de la rTMS à haute intensité. Une meilleure compréhension des effets fondamentaux de la LI-rMS sur les tissus biologiques est nécessaire afin de mettre au point des applications thérapeutiques efficaces pour le traitement des conditions neurologiques. / Electromagnetic fields are widely used to non-invasively stimulate the human brain in clinical treatment and research. This thesis investigates the effects of different low intensity (mT) repetitive magnetic stimulation (LI-rMS) parameters on single neurons and neural networks and describes key aspects of custom tailored LI-rMS delivery in vitro. Our results show stimulation specific effects of LI-rMS on cell survival, neuronal morphology, neural circuit repair and gene expression. We show novel mechanisms underlying cellular responses to stimulation below neuronal firing threshold, extending our understanding of the fundamental effects of LI-rMS on biological tissue which is essential to better tailor therapeutic applications.

La perception sensorielle dépend d'une interaction constante entre plusieurs zones corticales. Typiquement, pour chaque sens il y a une zone primaire qui reçoit directement des informations sensorielles du thalamus et une zone secondaire qui associe cette information avec des centres cognitifs plus élaborés (information descendante). Pourtant, les propriétés synaptiques et les microcircuits impliqués dans ces différents processus ne sont toujours pas élucidés. Nous savons que le récepteur cannabinoïde de type 1 (CB1) est exprimé à un plus grand niveau dans les cortex sensoriels secondaires. Ce récepteur est principalement exprimé par des cellules paniers inhibitrices qui expriment aussi le peptide cholecystokinin (CCK). En utilisant des enregistrements entre des paires d'IN CCK/CB1 et NP dans la couche 2/3 (C2/3) des centres visuels primaires (V1) et secondaires (V2) de souris adultes, nous avons demontré que dans le V1 les IN CCK projettent quasiment exclusivement dans leur propre couche, tandis que dans le V2 ils projettent aussi dans la couche 4 (C4). Malgré cette difference morphologique, ces IN avaient les mêmes signatures électrophysiologiques, suggérant qu'il s'agisse bien d'un type cellulaire homogène. En revanche, les connections synaptiques avec les NP étaient nettement plus petites et non fiable dans la C2/3 de V2. Cette différence disparut avec l'application d'un antagoniste de CB1, suggérant que ce récepteur médie une inhibition tonique qui est spécifique à une zone et couche corticale. Cette étude montre ainsi qu'il existe des microcircuits inhibiteurs particuliers dans les aires primaires et secondaires visuelles. / During sensory processing, the correct subjective representation and interpretation of the external world is accomplished by a constant bi-directional communication between primary and secondary sensory cortices. Yet, the specific microcircuit players involved in these distinct cortical areas are still poorly characterized. After finding that the cannabinoid receptor (CB1) is more widely expressed in secondary than in primary sensory areas, we asked whether the neurons expressing CB1 had different properties in the two areas. CB1 is mainly expressed in large inhibitory basket cells that target the soma of other neurons. Using whole-cell patch clamping in acute brain slices from adult mice, we found that in layer 2/3 of the primary visual area of mice (V1), CB1+ interneurons exerted strong and reliable inhibition onto pyramidal cells, in contrast with the small and unreliable inhibition in secondary visual area (V2). Interestingly, pharmacological blocking of CB1Rs in V2 led to a potentiation of inhibition, while in V1 this effect was not observed, suggesting that CB1 interneurons in V2 are ‘doped’ by tonically or constitutively activated receptors. Differences in CB1 mediated plasticity also support this hypothesis. In V2, CB1+ interneurons projected their axons both within their cortical layer and to deeper layers, while in V1 these projections were principally intralaminar. Strikingly, infra laminar connections in V2 shared synaptic characteristics with those of L2/3 in V1. This study therefore suggests that different visual areas exhibit differential CB1-mediated modulation of perisomatic inhibition onto layer 2/3 and 4 principal neurons.

Dans le cerveau en développement, les interneurones corticaux effectuent une longue migration avant de se positionner dans le cortex et s’intégrer dans les réseaux corticaux dont ils régulent l’activité. Différents facteurs chimiques ont été impliqués dans le guidage de ces cellules, mais l’influence des propriétés physiques de l’environnement dans lequel ils naviguent reste peu connue. Il a été montré que les indices topographiques peuvent guider le mouvement de nombreux types cellulaires, un processus appelé guidage par contact. Mes travaux de thèse ont ainsi cherché à tester et comprendre l’influence de la topographie de l’environnement sur la migration des interneurones corticaux. En utilisant un système expérimental de substrats microstructurés, nous avons mis en évidence pour la première fois l’existence du guidage par contact pour ces cellules. En testant deux types de micro-plots, nous avons établi qu’un changement de forme des structures influence de manière importante l’orientation, la morphologie, l’organisation du cytosquelette et le comportement dynamique des cellules. En particulier, les interneurones en migration entre des plots carrés adoptent majoritairement une morphologie allongée et peu branchée, associée à un mouvement lent et dirigé. A l’inverse, des cellules entre des plots ronds sont plus courtes et montrent un branchement important associé à un mouvement dynamique mais aléatoire. Plus généralement, nous montrons in vitro que la topographie génère des contraintes spatiales globales qui promeuvent la mise en place de différents états cellulaires morphologiques et dynamiques, soulignant ainsi la potentielle importance de ce type d’indices in vivo. / In the developing brain, cortical interneurons undergo a long distance migration to reach the cortex where they integrate into cortical networks and regulate their activity in the adult. Different chemical factors have been involved in the guidance of these cells, but the influence of the physical parameters of the environment in which they navigate remains unclear. It has been shown that topographical cues are able to influence and guide the migration of several cell types, a process called contact guidance. This work therefore aimed at testing and understanding the influence of the topography of the environment in the migration of cortical interneurons. By using an experimental system of microstructured substrates, we demonstrated for the first time the existence of contact guidance for these cells. By testing two types of micron-sized pillars, we showed that a change in the shape of the structures could greatly impact cell orientation, morphology, cytoskeleton organization and dynamic behavior. In particular, most interneurons migrating in between square pillars adopt an elongated, unbranched morphology associated with a slow and directed movement, whereas the majority of cells among round pillars exhibit a short and branched morphology associated with a dynamic but wandering movement. Overall, we show that micron-sized topography provides global spatial constraints promoting the establishment of different morphological and migratory states in vitro, highlighting the potential importance of these types of cues in vivo.

Ce travail est conçu dans le panorama de développement rapide de grandes bases de données qui rassemblent des ensembles de résultats expérimentaux sur l’organisation anatomo-fonctionnelle du cerveau humain à différentes échelles; l’abondance d’informations demande un effort intra et interdisciplinaire pour les synthétiser de façon cohérente. Le but de cette thèse est de contribuer à cet effort de synthèse. Le travail suit deux chemins: intra disciplinaire pour relier et synthétiser les résultats produits par la communauté de l’imagerie cérébrale, avec une focalisation particulière sur les Réseaux de Repos et les Réseaux Cognitifs; inter-disciplinaire pour relier l’organisation anatomo-fonctionnelle du cortex cérébral (résultats en imagerie cérébrale), et les expressions des gènes révélées par les bases de données publiées très récemment sur le transcriptome humain.Cette thèse est organisée en trois parties: dans Partie I nous étudions l’organisation anatomo-fonctionnelle du cortex à partir des études d’imagerie cérébrale. Dans la Partie II, nous étudions les liens entre l’expression corticale des gènes et l’organisation anatomo-fonctionnelle du cortex, à la fois en termes de similitude topographique et de congruence de fonction, en se focalisant en particulier sur le traitement de l’information et la mémorisation. Dans la Partie III, nous présentons une plate-forme pour intégrer dans une même représentation les données d’imagerie cérébrale et d’expression génétique.En perspective, nous montrons comment notre approche pourrait donner des nouveaux points de vu au débat sur les maladies neurodégénératives et psychiatriques, et sur les modelés des dynamiques corticales. / This work is conceived in the present panorama of fast development of large databases gathering experimental results about the organization of the human brain at different scales. This abundance of information calls for an intra and inter-disciplinary effort aimed to synthesize this information in a coherent way.The aim of this thesis was to contribute to this effort for knowledge synthesis to better understand the multiscale organization of the cerebral cortex. The work followed two paths: an intra-disciplinary effort to bring together results produced by the brain imaging community with particular focus on Resting State and Task Based MRI experiments; an inter-disciplinary attempt to draw a link between the anatomo-functional organization of the cortex as emerging from brain imaging studies and the cortical patterns of gene expression as revealed by recently published atlases of the adult human brain transcriptome.The thesis is organized into three parts: In Part I studied the anatomo-functional organization of the human cortex starting from brain imaging studies. In Part II we studied the link between cortical gene expression and the anatomo-functional organization of the cortex both in term of their topography and in term of their function, focusing in particular on information processing and memory formation. In Part III we present a platform that we developed to favor knowledge integration between cognitive networks and gene expression databases.In perspective we show how our approach may provide new insights to the debate about neurodegenerative and psychiatric diseases on one hand, modeling of dynamical processes in different areas of the cortex on the other.

La détection des stimuli sensoriels est assurée par des cellules réceptrices spécialisées souvent grâce à des protrusions membranaires apicales telles que les microvillosités. La forme finale des extensions apicales microvilliées conditionne de nombreuses propriétés de la transduction sensorielle mais leur formation reste méconnue. Quels sont les facteurs moléculaires responsables de l’initiation et de l’élongation des filaments d’actine chez les cellules sensorielles microvilliées (CSMs) ? Peut-on décrire des éléments clés de la morphogenèse en commun ? Quel est le rôle structurel des microvillosités dans la fonction sensorielle ?J’ai étudié deux types sensoriels microvilliés : les neurones contactant le liquide cérébrospinal (NcLCS) et les cellules sensorielles des neuromastes (CSn). Mon projet visait à investiguer les mécanismes moléculaires sous-jacents à la morphogenèse des CSMs par l’étude des NcLCS. J’ai décrit les étapes critiques menant à la formation de l’extension apicale des NcLCS auxquelles j’ai pu associer des candidats potentiels grâce l’analyse transcriptomique des NcLCS. J’ai démontré le rôle critique de l’interaction entre Espin et Myo3b dans l’élongation de l’extension apicale des NcLCS et j’ai établi un lien direct entre structure et fonction en montrant que le raccourcissement de l’extension apicale aboutissait à la réduction de la réponse sensorielle.Mon travail a permis d’apporter des éléments de réponse quant à la formation de l’organe sensoriel des NcLCS. L’analyse transcriptomique des CSn a par ailleurs révélé des facteurs de morphogenèse communs avec les NcLCS, suggérant que toutes les CSMs partagent des propriétés de différenciation conservées. / Sensory systems use specialized receptor cells, many of which detect sensory cues through specialized apical membrane protrusions, such as microvilli. The final shape of the microvilliated apical extension requires specific molecular machinery and determines many of the properties of sensory transduction. The establishment of this structure remains however elusive. What molecular factors orchestrate the initiation and elongation of actin filaments in microvilliated sensory cells (MSCs)? Can we find key elements of morphogenesis common to MSCs? What is the precise role of microvilli structure in sensory function? I investigated two sensory cell types harboring microvilli: spinal cerebrospinal fluid-contacting neurons (CSF-cNs) and neuromast hair cells (nHCs). The primary goal was to unravel the molecular mechanisms underlying morphogenesis of MSCs by focusing on CSF-cNs. I was able to describe critical steps leading to the development of CSF-cN apical extension. My participation to the transcriptome analysis of CSF-cNs revealed candidate molecular factors associated with each of these steps. I demonstrated the importance of the interaction between Espin and Myo3b to ensure the proper lengthening of CSF-cN apical extension. In this system, I established a direct link between morphology and function by showing that shorter apical extensions lead to reduced sensory response. Altogether, my work shed light on the formation of CSF-cN sensory organelle and its functional role. In parallel, the establishment of the nHC transcriptome dataset revealed similar morphogenetic factors with CSF-cNs, supporting the idea that all MSCs share conserved features for their differentiation.

Il est maintenant clairement établi que la vitamine B12 (cobalamine) joue un rôle important dans la formation des globules rouges, et joue un rôle essentiel dans l'efficacité du fonctionnement du système nerveux, comme les fonctions cognitives. La carence en vitamine B12 est répandue dans le monde et provoque une anémie mégaloblastique et des déficits neurologiques. La carence en vitamine B12 et l'hyperactivité glucocorticoïde (GC) contribuent à la détérioration de la plasticité et des fonctions de l'hippocampe. Pour comprendre comment la carence en cobalamine dans le système nerveux central génère des déficits neurologiques fonctionnels, nous avons utilisé un modèle de souris génétiquement modifiées, dont le gène codant le récepteur de la transcobalamine (souris CD320 KO) est invalidé exclusivement dans le cerveau. Nos analyses comportementales indiquent des déficits dans l'apprentissage visuo-spatial hippocampo-dépendant chez les souris KO. Les résultats ont montré qu'une dose journalière physiologique d'hydroxycortisone (8 mg / kg / jour I.P.) a un effet positif dans la restauration dans les performances d'apprentissage, chez les souris KO par rapport aux contrôles. Conformément aux déficits comportementaux, ce modèle knock-out montre une diminution de l'expression de protéines clés impliquées dans la plasticité cérébrale. Les résultats de western blot des extraits d'hippocampe ont révélé que les souris KO femelles montrent une diminution de l'expression des récepteurs des glucocorticoïdes (GR) et du coactivateur Proliférateur de péroxysome 1 (PGC-1), la protéine de réponse de croissance précoce -1 (EGR-1), Synapsines (Syn I, II), protéines clés connues pour être impliquées dans l'activité synaptique. L'étude du modèle CD320 KO pourrait permettre de mieux comprendre les effets de la carence en vitamine B12 observés chez l'homme, afin d’identifier des réponses potentielles aux différents troubles neurologiques associés ; notamment peut être un traitement palliatif basé sur les corticoïdes / It is now clearly established that vitamin B12 (or cobalamin), plays an important role in the formation of red blood cells, as well as it has a vital role in the efficient functioning of the nervous system such as cognitive functions. Vitamin B12 deficiency is widespread worldwide and causes megaloblastic anemia and neurological deficits. Vitamin B12 deficiency and the hyperactivity of the glucocorticoid (GC) contribute to the deterioration of hippocampal plasticity and functions. To understand whether cobalamin deficiency in the central nervous system produced functional neurologic deficits, we used a transcobalamin receptor / CD320 knockout mouse that lacks the receptor for the cellular uptake of cobalamin in the brain. Our behavioral analyses indicate deficits in hippocampo-dependant visuo-spatial learning capacities in KO mice. However, a daily physiological dose of hydroxycortisone (8 mg/kg/day I.P.) has a positive effect in improving learning performances in KO mice compared to controls. Consistent with the behavioral deficits, the knockout mouse shows impaired expression of key proteins implicated in synaptic plasticity. The results of western blot analyses of hippocampus extracts revealed that the knockout female mice showed decreased expressions of glucocorticoids receptors (GR), Peroxisome proliferator-activated receptor coactivator 1 (PGC-1), early growth response protein -1 (EGR-1), Synapsines (Syn I, II), Protein arginine N-methyltransferase -1 (PRMT-1), key proteins known to be implicated in the synaptic activity. The study of the CD320 knock out model could help to better understand the effects of vitamin B12 deficiency observed in humans, in order to identify potential responses to various neurological associated disorders; with a putative palliative treatment approach using corticoids

Les malformations du développement cortical (MDC) résultent d’altérations au niveau de différentes étapes de la corticogénèse telles que la prolifération, la migration et la différenciation neuronale et sont généralement associées à des épilepsies pharmaco-résistantes et à des déficiences intellectuelles sévères. Les causes génétiques des MDC restent encore inconnues dans de nombreux cas, nous avons donc réalisé le séquençage de l’exome entier de nombreux patients présentant des MDC et les analyses ont permis de mettre en évidence l’implication des gènes KIF2A et NEDD4L dans les MDC. Dans le cadre de ma thèse, nous proposons de focaliser sur les conséquences cellulaires et neurodéveloppementales résultant des mutations dans les gènes KIF2A et NEDD4L retrouvées chez les patients atteints de MDC. KIF2A code pour une kinésine-13 qui a pour fonction de réguler la dynamique des microtubules (MT) via son activité MT dépolymérase ATP-dépendante aux niveaux des extrémités des MT. L’approche basée sur la technique d’électroporation in utero nous a permis de mettre en évidence le rôle crucial joué par KIF2A dans la régulation de la neurogénèse, la migration neuronale et le positionnement des neurones dans le cortex. En particulier, nos données révèlent que l’expression des mutants KIF2A responsables de MDC entraîne une augmentation du nombre de cellules à l’état de progéniteurs qui est conséquente à un allongement du temps passé dans le cycle cellulaire. Nos premières données cellulaires et au cours du développement montrent que l’expression des mutants KIF2A induit des altérations dans l’intégrité du fuseau mitotique, dans la progression mitotique et également une localisation anormale de KIF2A au niveau du cil primaire. NEDD4L code pour une E3 ubiquitine ligase qui joue un rôle dans l’ubiquitination de nombreux substrats permettant la régulation de leur dégradation et de leur localisation subcellulaire. Dans un premier temps, nos données cellulaires ont montré que les mutants associées à des MDC ont une sensibilité accrue pour la dégradation par le protéasome. De plus, l’approche d’électroporation in utero a permis de montrer que l’expression des mutants NEDD4L ainsi qu’un excès de NEDD4L WT dérégulent la neurogenèse, le positionnement des neurones et le processus de translocation terminal. Des études complémentaires, incluant le traitement à la rapamycine, ont révélé qu’un excès de NEDD4L WT mène à la dérégulation des voies de signalisations mTORC1 et Dab1 tandis que l’expression des mutants est associée à une dérégulation des voies mTORC1 et Akt. L’ensemble de ces résultats renforce donc dans un premier temps l’importance des protéines liées aux MT dans le développement cortical en décrivant le rôle crucial de la kinésine KIF2A dans des mécanismes tels que la dynamique de migration neuronale et dans la régulation du cycle cellulaire des progéniteurs neuronaux. D’autre part, nous fournissons également de nouvelles données permettant de mieux comprendre le rôle critique de NEDD4L dans la régulation des voies mTOR et de leurs contributions dans le développement cortical. / Malformations of cortical development (MCD) result from alterations in different stages of corticogenesis such as proliferation, migration and neuronal differentiation, and are generally associated with drug-resistant epilepsy and severe intellectual disabilities. The genetics causes of MCD remain largely unknown, we have thus performed the whole-exome sequencing of many patients with MCD and reported the identification of multiple pathogenic missense mutations in KIF2A and NEDD4L genes. Within the frame of my thesis project, we propose to focus on the cellular and neurodevelopmental consequences resulting from KIF2A and NEDD4L mutations shown to be involved in MCD. KIF2A is a member of the kinesin-13 family, which rather than regulating cargos transport along microtubules (MT), regulates MT dynamics by depolymerizing MTs. The in utero electroporation approach allowed us to highlight the crucial role of KIF2A in the regulation neurogenesis, neuronal migration and the neuronal positioning in the cortex. Particularly, our data show that the expression of the KIF2A mutants involved in MDC lead to an increase in the number of cells in proliferative state which is a consequence of a prolonged time spent in the cell cycle. Our first cellular data and during development show that the expression of pathogenic KIF2A mutations induce alterations in the mitotic spindle integrity, in the mitotic progression and also an abnormal localization of KIF2A in the primary cilium. NEDD4L encodes a member of the NEDD4 family of HECT-type E3 ubiquitin ligases known to regulate the turnover and function of a number of proteins involved in fundamental cellular pathways and processes. Firstly, cellular and expression data showed sensitivity of MCD-associated mutants to proteasome degradation. Moreover, the in utero electroporation approach showed that PNH-related mutants and excess wild-type NEDD4L affect neurogenesis, neuronal positioning and terminal translocation. Further investigations, including rapamycin-based experiments, found differential deregulation of pathways involved. Excess wild-type NEDD4L leads to disruption of Dab1 and mTORC1 pathways, while MCD-related mutations are associated with deregulation of mTORC1 and AKT activities. Altogether, these results reinforce the importance of MT-related proteins in cortical development describing the crucial role of KIF2A kinesin in mechanisms such as neuronal migration dynamics and neuronal progenitor’s cell cycle regulation. On the other hand, we also provide new data to better understand the critical role of NEDD4L in the regulation of mTOR pathways and their contributions in cortical development.

Le glutamate est accumulé dans des vésicules synaptiques par des transporteurs vésiculaires du glutamate appelés VGLUT1-3. VGLUT1 et VGLUT2 sont utilisés par les neurones glutamatergiques «classiques» corticaux et sous-corticaux. VGLUT3 est présent dans des sous-populations de neurones utilisant d’autres neurotransmetteurs que le glutamate. Dans la cochlée, VGLUT3 permet la transmission glutamatergique entre les cellules ciliées internes et les neurones du nerf auditif. Le travail mené par l’équipe du Pr Puel a permis de découvrir l’implication de VGLUT3 dans une pathologie héréditaire de l’audition chez l’Homme. Une mutation p.A211V du gène codant VGLUT3 humain est responsable d’une surdité progressive à transmission autosomique. Il s’agit de la première mutation d’un VGLUT associé à une pathologie humaine. Mon travail de thèse a consisté à caractériser l’impact de cette mutation sur le SNC d’une lignée de souris exprimant cette mutation. Nous avons observé que cette mutation avait des effets complexes sur VGLUT3. La mutation p.A211V entraine une baisse marquée de l’expression de VGLUT3 dans les terminaisons nerveuses qui semble liée à une dégradation accélérée de VGLUT3. 20% d’expression résiduelle de VGLUT3 suffisent à assurer la majeure partie des fonctions du transporteur. L’activité de VGLUT3 ne semble donc pas être linéairement corrélée à son expression. De plus, la réduction de VGLUT3 au niveau des synapses semble s’accompagner d’une réduction du nombre de vésicules VGLUT3-positives et d’une réduction du nombre de copies de VGLUT3 par vésicule. Dans l’ensemble, mon travail de thèse a permis d’acquérir une meilleure connaissance de la régulation de VGLUT3. / Glutamate is the major excitatory neurotransmitter in the Central Nervous System (CNS) and is accumulated into synaptic vesicles by proton-dependent transporters named VGLUT1-3. VGLUT1 and VGLUT2-positive neurons are respectively found in cortical and subcortical glutamatergic neurons. In contrast, VGLUT3 is localized in a small population of neurons using other neurotransmitter than glutamate i.e.: cholinergic interneurons in the striatum, subpopulation of GABAergic interneurons in the hippocampus and cortex and serotoninergic neurons. Furthermore, VGLUT3 is also expressed by sensory inner hear cells (IHCs).In the cochlea, VGLUT3 accumulates glutamate into synaptic vesicles of the IHCs. A mutation of the gene that encodes VGLUT3 is responsible for a progressive, high-frequency deafness. It is the first mutation of a VGLUT that was demonstrated to be responsible for a human pathology.We investigated the effects of the p.A211V mutation on VGLUT3 in the CNS of a mouse line expressing this mutation. We observed that this mutation had complex effects on VGLUT3. The p.A211V mutation causes a 80% decrease of VGLUT3 in nerve endings. 20% residual expression of VGLUT3 is sufficient to fulfill most part of its functions. Contrary to prevailing views, VGLUT3 global activity is not linearly correlated to VGLUT3 quantity. Futhermore, VGLUT3 reduction seems to be associated with a diminution of VGLUT3-positive vesicles accompanied by an homogenous reduction of VGLUT3 copy number per vesicle.Overall, my thesis allowed to acquire a better understanding of the regulation of VGLUT3. This work will deepen our understanding of the involvement of VGLUTs in various pathologies.

De nombreux patients parkinsoniens souffrent de troubles du sommeil, et à un stade avancé de troubles de la marche dopa-résistants. Des résultats expérimentaux et cliniques orientent vers un dysfonctionnement de la région locomotrice mésencéphalique (MLR) formée des noyaux pédonculopontin (PPN) et cunéiforme (CuN). La stimulation cérébrale profonde du PPN chez les patients parkinsoniens ayant des troubles de la marche modifiant aussi l'architecture du sommeil, un dysfonctionnement de ce noyau pourrait expliquer en partie ces symptômes. Afin d'étudier l'anatomie et le rôle du PPN et du CuN à l'état normal et à l'état parkinsonien, ce projet a associé une étude comportementale et anatomique de la MLR. Axe comportemental. Nous avons analysé les troubles du sommeil dans un modèle primate de maladie de Parkinson avancée, puis l'effet du traitement dopaminergique et de la mélatonine, et d'une lésion cholinergique du PPN surajoutée. Les troubles du sommeil sont similaires à ceux observés chez les patients, et améliorés par la L-dopa et la mélatonine. La lésion du PPN aggrave les troubles du sommeil en aigu, puis améliore la qualité du sommeil à distance. Axe anatomique. Nous avons défini l'hodologie du PPN et du CuN chez le singe et l'homme en fonction des trois territoires anatomo-fonctionnels des ganglions de la base. Le PPN intègre des informations très diverses (sensori-motrices, associatives et limbiques), le CuN est impliqué dans un réseau limbique. L'innervation cholinergique du PPN sur le NST a été caractérisée en microscopie optique et électronique chez le singe et l'homme, afin de préciser leur implication dans les effets cliniques de la stimulation du NST. / Parkinsonian patients suffer from disabling sleep disorders, and at an advanced stage gait disorders become resistant to dopaminergic treatment. Evidence from experimental and clinical studies consider the implication of the mesencephalic locomotor region (MLR), associating the pedunculopontine (PPN) and the cuneiform nuclei (CuN). Deep brain stimulation in this regionto treat doparesistant gait disorders in parkinsonian patients, was shown to improve sleep parameters. Dysfunction of this network could explain part of the pathophysiology of these symptoms. In order to have an anatomo-functional study of the PPN and the CuN at normal and parkinsonian state, this project has associated a behavioral axis in monkeys and an anatomic axis in monkeys and humans. Behavioral study. Sleep disorders have been analyzed in an advanced Parkinson disease primate model. These symptoms were improved with dopaminergic treatment and melatonin.After a cholinergic PPN lesion, there was an acute worsening of the symptoms, which improved three weeks after. Anatomic study. We analyzed the connections between the PPN and the CuN relating to the three anatomo-functional territories of the basal ganglia in monkeys and humans. The PPN integrated information from the three territories (sensori-motor, associative and limbic), compared to the CuN which connected to limbic territories. We then studied the subthalamic cholinergic innervation from the PPN at optic and ultra-structural level in monkeys and humans, comparing it with the dopaminergic innervation. Our results showed a homogeneous cholinergic innervation of the subthalamic nucleus (STN) compared to the heterogeneous dopaminergic innervation.