Η δημιουργία του εγκεφαλικού φλοιού στηρίζεται στη διαδοχική εμφάνιση πληθυσμών προγονικών νευρώνων, οι οποίοι δίνουν γένεση σε νευρικά και γλοιακά κύτταρα. Κατά την νευρογένεση όλοι οι νευρώνες του εγκεφαλικού φλοιού προέρχονται από το νευροεπιθήλιο που βρίσκεται δίπλα από τις πλευρικές κοιλίες. Τα νευροεπιθηλιακά κύτταρα αρχικά διαιρούνται με σκοπό την δημιουργία ικανού αριθμού πρόδρομων κυττάρων που θα δώσουν γένεση στον αναπτυσσόμενο φλοιό. Αργότερα, τα κύτταρα αυτά, διαφοροποιούνται προς τις άλλες κατηγορίες πρόδρομων κυττάρων και προς τους διαφοροποιημένους νευρώνες. Η πρωτεΐνη Geminin έχει προταθεί ως ένα μόριο που ρυθμίζει τόσο τον κυτταρικό πολλαπλασιασμό όσο και την κυτταρική διαφοροποίηση. Προκειμένου να διερευνηθεί ο ρόλος της πρωτεΐνης Geminin in vivo στη δημιουργία νευρώνων, πραγματοποιήθηκαν πειράματα υπερέκφρασης της Geminin στον αναπτυσσόμενο εγκεφαλικό φλοιό του μυός κατά την Ε14.5 dpc. Τα αποτελέσματα της παρούσας εργασίας δείχνουν ότι η υπερέκφραση της Geminin οδηγεί στην αύξηση του αριθμού των κυττάρων της ανώτερης στοιβάδας και μείωση του αριθμού των κυττάρων της κατώτερης στοιβάδας. Συνοψίζοντας, τα αποτελέσματά μας προτείνουν ότι η Geminin συμμετέχει στη ρύθμιση του πληθυσμού των φλοιϊκών νευρώνων. / Cortical development is a highly ordered process, involving the timely orchestration of the appearance of different neural progenitor lineages, which succeed one another in order to generate the neurons and glia comprising the cortex.During neurogenesis, the cortical neurons are originated from the neuroepithelium that lies next to the lateral vesicles. At the beginning, neuroepithelial cells divide in order to expand their population and to create the number of progenitor cells that would give rise to the neurons and glia that comprise the cortex. Geminin has been shown to regulate cell proliferation, fate determination and organogenesis, representing a potential link between these processes. In order to investigate the in vivo role of Geminin in the creation of the cortical neurons, we performed overexpression experiments with of Geminin in the developing mouse cortex. Our results indicate that overexpression of Geminin in the developing cerebral cortex increases the number of the upper layer cells and reduces the number of the deep layer cells at E14.5 dpc. Our work suggests that Geminin is a molecule that participates in the regulation of the correct number of cortical progenitors and neurons in the cerebral cortex.

Le Trouble de Stress Post-Traumatique (TSPT) est une pathologie qui se développe chez des sujets exposés à des événements traumatiques. Cette pathologie est caractérisée par des reviviscences du traumatisme induisant des troubles anxieux invalidants et durables. Ces reviviscences, provoquées par des indices de rappel, sont à l'origine des fréquentes rechutes qui caractérisent le TSPT. La dépendance aux drogues d'abus est également caractérisée par une hyperréactivité aux indices de rappel qui est responsable du désir irrépressible de drogue ou " craving " et des nombreuses rechutes après abstinence. Nous avons fait l'hypothèse que cette susceptibilité aux indices environnementaux, commune aux deux pathologies, pourrait être due à un découplage des systèmes monoaminergiques induit par l'exposition à des conditions intenses, drogues d'abus ou traumatisme. Les données de cette thèse montrent que notre modèle animal de traumatisme (le Single Prolonged Stress) reproduit chez les individus vulnérables les symptômes de la pathologie, et une réactivité aux indices de rappel. Nos données indiquent également qu'un traumatisme induit, chez les individus vulnérables, une désensibilisation comportementale et une sensibilisation noradrénergique corticale, supportant l'hypothèse de découplage monoaminergique. Enfin, nous avons développé une nouvelle approche thérapeutique, le " remodelage émotionnel " capable de diminuer durablement les symptômes de type TSPT. Les résultats obtenus dans cette thèse, soutiennent l'hypothèse de bases physiologiques communes entre le TSPT et l'addiction, et proposent de nouvelles approches thérapeutiques pour ces deux pathologies. / Post-Traumatic Stress disorder (PSTD) appears on a part of individuals exposed to traumatic events. This pathology is characterized by frequent re-experiencing of the traumatic event inducing disabling and long-lasting anxiety disorders. These flashbacks, triggered by reminder cues, are responsible for the frequent relapses that characterize PTSD. Addiction to drugs of abuse is also characterized by a hyper reactivity to reminder cues which is responsible for drug craving and relapses. We hypothesized that such a susceptibility to environmental cues, common to both pathologies, could be due to an uncoupling of monoaminergic systems induced by exposure to intense conditions (trauma or drugs). Data from this thesis showed that our animal model of PTSD (the Single Prolonged Stress) reproduced PTSD-like symptoms on vulnerable rats, and reactivity to reminder cues. Our data also showed that trauma induced a behavioral desensitization and a cortical noradrenergic sensitization, in vulnerable traumatized rats, supporting the hypothesis of monoaminergic uncoupling. Finally, we developed a new therapeutic approach, the "emotional remodeling" which was shown to durably decrease PTSD-like symptoms. The results obtained in this thesis support the hypothesis of common physiological basis between PTSD and drug addiction, and offer new therapeutic approaches for these two pathologies.

Les perturbateurs endocriniens (PE) sont des polluants environnementaux naturels ou fabriqués par l'Homme capables d'interférer avec les systèmes hormonaux endogènes. Parmi ces molécules, le di(2-éthylhexyl) phtalate (DEHP) et le nonylphénol (NP) sont très répandus dans les produits du quotidien et figurent sur la liste des Substances Prioritaires de l'eau. Cependant, peu d'études s'intéressent au contrôle central de la reproduction suite à l'exposition adulte et à de faibles doses de ces PE. L'exposition chronique de souris mâles adultes à ces PE seuls ou combinés montre des altérations à des doses proches de l'exposition environnementale humaine et de la dose journalière tolérable. Nous avons constaté une diminution de l'émission des vocalisations ultrasonores (USV) et de l'attraction des femelles par les mâles exposés au DEHP. Ceci a pu être relié à une diminution de l'expression du récepteur des androgènes dans l'aire préoptique médiane, région clé dans l'expression du comportement sexuel mâle. Ces effets ont été inversés lors de l'arrêt de l'exposition au DEHP. L'exposition au NP augmente l'émission des USV et les nombres de montées, d'intromissions et de poussées pelviennes avant d'atteindre l'éjaculation. Par ailleurs, l'exposition au mélange provoque des altérations comportementales différentes de celles observées pour les molécules isolées. Ces résultats ont permis de mettre en évidence une vulnérabilité du circuit neural régulant l'expression du comportement sexuel à l'exposition à ces PE. Des cibles moléculaires ont également pu être identifiées, particulièrement pour le DEHP, aidant ainsi à la compréhension de leur mode d'action dans le système nerveux central / Endocrine disruptors are natural or man-made environmental pollutants capable of interfering with endogenous hormonal systems. Among these molecules, phthalates and particularly di(2-éthylhexyl) phtalate (DEHP) and nonylphenol are widely present in everyday products and classified as priority substances in the Water Framework Directive. These two molecules are highly studied but few publications address the neural control of reproductive behaviors following adult exposure to low doses of these molecules.Chronic exposure of adult male mice to these two molecules, alone or in combination, showed behavioral alterations at doses close to human environmental exposure and tolerable daily intake. We observed a decreased emission of ultrasonic vocalisations and attraction of receptive females by males exposed to DEHP. These behavioral alterations were related to down-regulation of the androgen receptor in the medial preoptic area, the key region involved in the expression of male sexual behavior. These behavioral and molecular effects were reversed by DEHP exposure arrest. Adult exposure to NP increased the emission of ultrasonic vocalisations and number of mounts, intromissions and pelvic thrusts, without any amelioration of sexual behavior. Interestingly, exposure to both molecules caused behavioral alterations, which are are different from those observed for each molecule alone.Altogether, these results highlight the vulnerability of the neural circuitry underlying sexual behavior to exposure to these molecules. Furthermore, molecular targets have been identified, particularly for DEHP, thereby helping to understand their mode of action in the central nervous system.

L’apprentissage associatif est un mécanisme d’une grande complexité, faisant appel à plusieurs processus à la fois. Le processus attentionnel est un des premiers à être mobilisé lors d’une association, il serait même impliqué pour extraire les paramètres temporels associés à un stimulus inconditionnel biologiquement signifiant avant même toute association effective (Balsam, Drew, and Yang, 2002). Certains travaux ont montré l’implication de certaines structures neurobiologiques à travers lesquelles les effets du processus attentionnel pourraient se mettre en place. Pour l’équipe de Holland PC, par exemple, les réponses d’orientation vers un stimulus conditionné (attention top-down)(Lee et al., 2005), impliquent le noyau central de l’amygdale ainsi que les projections dopaminergiques nigro-striées tandis qu’une présentation d’un nouveau stimulus de façon imprévue lors d’une association (attention bottom-up) mobilisera plutôt la substancia inominata qui serait modulé par le noyau central de l’amygdale (CeA) et le cortex pariétal (Holland and Gallagher, 2006). Parallèlement, le processus attentionnel dans une discrimination temporelle, dans lequel l’apprentissage associatif nécessite, outre des stimuli sensoriels discrets, des performances liées au jugement des durées. Dans ce dernier cas, le mécanisme du processus attentionnel mobilise d’autres modèles conceptuels qui gravitent principalement autour du modèle d’horloge interne et en particulier le modèle du striatal beat frequency pour l’explication neurobiologique (Matell and Meck, 2004).Dans le présent travail, nous avions pour ambition de comprendre le rôle de la voie Amygdalo-nigro-striée (ANS) dans la mise en place du processus attentionnel dans un apprentissage associatif orienté vers un stimulus sensoriel discret comme temporel chez le rat. Nous voulions également examiner le rôle de cette voie dans l’évolution du processus attentionnel après surentraînement ou automatisation. Pour la réalisation de cet objectif, nous avons comparé les effets des lésions croisées du CeA dans un hémisphère et la voie nigro-striée dans l’autre hémisphère (disconnection de la voie amygdalo-nigro-striée ; groupe Contra), avec des lésions du CeA et de la voie nigro-striée dans le même hémisphère (groupe Ipsi). Un troisième groupe a fait l’objet d’une lésion bilatérale du CeA seulement (groupe Amy) et un quatrième groupe n’est pas lésé. A travers nos trois groupes expérimentaux (Contra, Ipsi et Amy) et notre groupe contrôle (Sham), nous avons montré l’implication du CeA dans la modulation du processus attentionnel au moment d’un changement dans la situation expérimentale (surprise), aussi bien en présence d’un stimulus sensoriel discret appétitif que d’un stimulus temporel dans un contexte aversif. Nous avons également montré que la voie ANS est impliquée dans la mise en place de l’automatisation et que probablement il y a un effet différenciel entre la partie postérieure et antérieure du CeA. Nos travaux ont mis également en évidence l’implication de la voie nigro-striée dans la discrimination temporelle et de la voie ANS dans le traitement attentionnel dans des tâches de perception temporelle. Ce traitement est différent selon si le jugement concerne des durées courtes ou durées longues. / Associative learning is a highly complex mechanism, involving several processes at the same time. The attentional process is one of the first to be mobilized during an association; it would also be involved to extract the temporal parameters associated with an unconditional biologically meaningful stimulus even before any effective association (Balsam, Drew, and Yang 2002). Some studies have shown the involvement of certain neurobiological structures, which may underlie attentional processes. For the Holland PC team, for example, orientation responses to a conditioned stimulus (top-down attention) (Lee et al., 2005) involve the central nucleus and nigro-striatal dopaminergic projections, whereas presentation of a new stimulus during an association (bottom-up attention) would rather imply the substancia inominata which would be modulated by the central nucleus of amygdala (CeA) and the parietal cortex (Holland and Gallagher 2006). At the same time, in temporal discrimination in which associative learning requires, besides discrete sensory stimuli, performances related to the judgment of durations, the mechanism of the attentional process mobilizes other conceptual models that gravitate mainly around the internal clock model and, in particular, the striatal beat frequency model which propose also neurobiological explanations (Matell & Meck, 2004). In this work, we aimed at understanding the role of the Amygdalo-nigro-striatal (ANS) circuit in the development of the attentional process in associative learning oriented towards discrete and temporal sensory stimuli in the rat. We also aimed at examining the role of this circuit in the evolution of the attentional process after over-training permitting the development of habits. In order to achieve this objective, we compared performance of rats with cross-lesion by altering the CeA in one hemisphere and the nigro-striatal circuit in the other hemisphere (Amygdalo-nigro-striatal disconnection; Contra group) to rats with lesions in the same hemisphere (CeA and nigro-striatal circuit: group Ipsi). A third group was submitted to bilateral lesions of the CeA (Amy group). A control group had pseudo lesions (groupe Sham).Through our three experimental groups (Contra, Ipsi and Amy) and the control group (Sham), we have shown the involvement of the CeA in the modulation of the attentional process when a novelty was introduced in the experimental situation (surprise) both in the presence of an appetitive discrete sensory stimulus and of a temporal stimulus in an aversive context. We have also shown that the ANS circuit is involved in habit formation and that there is probably a differential effect between the posterior and anterior part of the CeA. Our work also highlighted the implication of the nigro-striatal circuit in temporal discrimination and of the ANS circuit in the attentional treatment in temporal perception tasks, this effect being different depending on whether the discrimination concerns short or long durations.

Les mécanismes cérébraux engagés dans la prise de décision sont loin d’être compris. Ils peuvent cependant être décomposés en plusieurs étapes : il s’agit premièrement d’assigner une « valeur » aux options considérées, c’est-à-dire une quantification subjective du désir d’obtenir chacune d’entre elles. Ensuite, il faut les comparer afin d’être capable de sélectionner celle qui a la plus grande valeur. L’assignation d’une valeur à un objet semble être effectuée par un réseau cérébral qui recoupe le réseau de la récompense identifié chez l’animal et il a été logiquement nommé le « système cérébral des valeurs ». Le travail réalisé dans cette thèse s’intéresse à la notion de valeur et aux moyens d’y avoir accès, aux propriétés du réseau cérébral d’évaluation et à son implication dans le processus de décision. La première étude a montré que les moyens utilisés pour mesurer les valeurs pouvaient être considérés comme équivalents. La deuxième étude, réalisée sur des données d’intra-électroencéphalographie humaine, a permis d’étudier la dynamique neurale du réseau cérébral d’évaluation, mais aussi d’étudier ses propriétés. La dernière expérience, faite en IRMf propose une solution générale sur l’implémentation neurale du processus de décision et révèle des mécanismes sources de biais dans le comportement jusqu’ici inexplorés. Les résultats de ces études considérés dans leur ensemble mettent en lumière certains mécanismes cognitifs de la prise de décision en explorant les propriétés neurales d’assignation de valeurs mais également en proposant un nouveau cadre d’implémentation de la décision elle-même. / Neural processes engaged in decision-making remain unclear. A decomposition of these processes might help us to understand the involved mechanisms. Indeed, first we need to assign what we will call a ‘subjective value’ to each option – i.e. the quantification of how much we like each of these options. Then, we need to compare those values to finally being able to select one of them. Assigning a value seems to be the function of an interesting brain network which overlaps the reward circuitry identified in animal studies – and which is called the Brain Valuation System (BVS). In the first study of this PhD thesis, we investigated and compared three behavioral ways to have an access to these ‘subjective values’. We found that subjective values were relatively robust to the way they were elicited. In the second study, we investigated the specific properties of the Brain Valuation System established through fMRI in humans in a large dataset of intra-EEG recordings in epileptic patients. Finally, in the last study we investigated how this brain network was involved during a binary choice in fMRI. Altogether, our findings shed light on the distinct cognitive mechanisms underlying value-based decision-making i) by exploring the neural properties of value assignment and ii) by proposing a general solution to the neural implementation of the comparison between option values. We believe this demonstration points to hidden default policies as sources of bias in choices.

L’intégrité fonctionnelle de la barrière hémato-encéphalique (BHE) est altérée dans de nombreuses pathologies neurologiques et métaboliques. Les vaisseaux cérébraux sont des tissus cibles des hormones stéroïdes sexuelles mais la contribution respective de ces effecteurs endocriniens et de leurs récepteurs dans l’intégrité de la BHE reste encore à être précisée. Les effets des hormones gonadiques sur l’unité neurovasculaire chez la souris ont été étudiés, en se concentrant sur l’aire préoptique médiane de l’hypothalamus, une région cérébrale hormono-sensible. L’augmentation de la perméabilité de la BHE chez des souris mâles et femelles gonadectomisés. Elle est associée chez le mâle à une désorganisation des jonctions serrées et une diminution de l’expression des protéines les constituant, à une activation des cellules gliales, et à une augmentation de l’expression de molécules inflammatoires, la supplémentation en testostérone permettant la restoration. Les récepteurs des androgènes et des estrogènes peuvent ainsi être impliqués dans la régulation hormono-dépendante du transport paracellulaire. La lignée de souris transgéniques sélectivement invalidées pour le récepteur neural des androgènes, a permis de mettre en évidence l’effet délétère de l’absence de ce récepteur sur l’intégrité de la BHE et des jonctions serrées. Pour compléter, un modèle ex vivo de tranches d’hypothalamus a permis d’appréhender les effets à court terme de la testostérone sur la BHE. Ces données soulèvent des questions sur les effets délétères potentiels des perturbateurs endo-criniens sur l'intégrité BBB et l'apparition de maladies neurologiques et métaboliques associées. / Functional integrity of the blood-brain barrier (BBB) is compromised in many neurological and metabolic pathologies. Cerebral blood vessels are target tissue for sex steroid hormones but the relative contribution of these endocrine effectors and their receptors in the BBB integrity are still unclear. Effects of gonadal hormones on the mouse neurovascular unit were studied, focusing on the hypothalamic medial preoptic area, a highly sensitive brain area to gonadal steroid hormones. BBB permeability increased in both gonactectomized male and female, is associated with tight junction disorganization and lower expression of tight junction proteins, glial activation, and up-regulation of inflammatory molecules in male. Testosterone supplementation restores the BBB impermeability, tight junction integrity, and almost completely abrogated the inflammatory features. Androgen and estrogen receptor may be involved in testosterone-induced regulation of the formation and maintenance of tight junction in males. Studying the involvement of these receptors using a trans-genic mice line selectively lacking neural AR in the CNS, highlighted the negative effect of this dele-tion on the BBB and TJ integrity. To complete, ex vivo slices of male mouse hypothalamus allowed to assess short-term molecular mechanisms of testosterone on the BBB structure and function.These data raise questions about the potential deleterious effects of endocrine disruptors on the BBB integrity and the occurrence of neurological and metabolic diseases.

De nouveaux composants du système rénine angiotensine (SRA) continuent d'être découverts et leurs fonctions étudiées. Cette thèse présente de nouvelles relations entre enzyme de conversion de l’angiotensine (ECA), thrombose et maladies cardiovasculaires (MCV), d’une part, et d’autre part, un rôle pour le récepteur de la (pro)rénine dans le développement du système nerveux central (SNC). Tout d’abord, nous avons étudié l'association de la double mutation de l’ECA et l’inhibiteur de l’activateur du plasminogène-1 (PAI-1) sur l’incidence d’évènements cardiovasculaires chez les patients Libanais hypertendus et hypercholestérolémiques, par rapport à d'autres gènes cardiovasculaires polymorphes des cytokines pro-inflammatoires dans les cellules mononuclées circulantes. Les résultats ont montré que les patients exprimant une double mutation ECA/PAI-1, respectivement Del/4G, sont à haut risque d’apparition des MCV. Dans une deuxième partie, nous avons étudié la relation entre récepteur de la (pro)rénine dont le gène est appelé Atp6ap2, et la voie de signalisation Wnt/bêta-caténine dans les cellules souches/progénitrices neurales (CSPN). À cette fin, nous avons isolé des CSN à partir d’embryons de souris Atp6ap2-/Y, et étudié leur auto-renouvellement et leur différenciation en neurones, astrocytes et oligodendrocytes in vitro. Nos résultats suggèrent que Atp6ap2 est nécessaire à l’auto-renouvellement des CSN indépendamment de la voie de signalisation Wnt/bêta-caténine chez les mammifères. Enfin, nous avons montré qu’il existait une corrélation entre l’expression ATP6AP2 et le degré de différenciation neuronale des cellules souches mésenchymateuses humaines (CSMh) isolées à partir du tissu adipeux. / New components of the renin angiotensin system (RAS) continue to be discovered and their functions studied. This thesis provides new insights on the role of angiotensin converting enzyme (ACE) in thrombosis and cardiovascular diseases (CVD) and of the (pro)renin receptor in the development of the central nervous system (CNS). First, we studied the role of ACE in CVD by analyzing the impact and the association of a mutation in ACE and in plasminogen activator inhibitor-1 (PAI-1) genes compared to other polymorphic cardiovascular genes of proinflammatory cytokines in peripheral blood mononuclear cells in hypertensive hypercholesterolemic Lebanese patients. We showed that Lebanese patients expressing a double mutation (Del/4G) of ACE and PAI-1, respectively, are at high risk of developing CVD, suggesting that combined ACE/PAI-1 mutations may be considered as a potential marker of CVD onset. In the second part, we studied the relation between the (pro)renin receptor, whose gene is called Atp6ap2, and Wnt/beta-catenin signaling pathway, in neural stem/progenitor cells (NSPC) during development. To this end, we used an in vitro model of neural stem cells (NSC) isolated from Atp6ap2-/Y mice embryos and studied their self-renewal capacity and their differentiation into neurons, astrocytes and oligodendrocytes. Our results suggest that Atp6ap2 is necessary for self-renewal of NSC independently of the Wnt/beta-catenin signaling pathway in mammals. In addition, we showed that the expression of ATP6AP2 in human mesenchymal stem cells (hMSC) isolated from adipose tissue was correlated with their degree of neuronal differentiation.

Nous possédons la faculté de reconnaître individuellement des centaines d’individus. Ceci nous permet d’évoluer dans une société complexe dont l’organisation est en partie forgée par les relations interindividuelles. La reconnaissance individuelle peut être réalisée par l'identification de divers éléments distincts, comme le visage ou la voix, qui forment chez l’Homme une seule représentation conceptuelle de l'identité de la personne. Nous avons démontré que les singes rhésus, comme les humains, reconnaissent individuellement leurs congénères familiers, mais également les individus humains connus. Ceci montre que la reconnaissance fine est une compétence partagée par un éventail d'espèces de primates pouvant servir de fondement à la vie en réseaux sociaux sophistiqués, et également que le cerveau s’adapte de façon flexible pour reconnaître les individus d'autres espèces lorsque ceux-ci ont une importance socioécologique. Par la suite, au niveau neuronal, ce projet a mis en lumière que les connaissances sociales concernant autrui sont représentées par les neurones hippocampiques ainsi que par les neurones inférotemporaux. Ainsi nous avons observé l’existence de neurones sélectifs aux visages non seulement dans le cortex inferotemporal, comme ceci a été décrit précédemment, mais également dans l’hippocampe. La comparaison des propriétés de ces neurones au sein de ces deux structures, suggère que les deux régions joueraient des rôles complémentaires au cours de la reconnaissance individuelle. Enfin, parce que l'hippocampe est une structure qui a évolué à des degrés divers chez différents mammifères pour soutenir la mémoire autobiographique et les représentations spatiales, la caractérisation des différents types de neurones et de leur connectivité a fourni un cadre commun pour comparer les fonctions de l’hippocampe à travers les espèces / Humans can individually recognize some hundreds of persons and therefore operate within a rich and complex society. Individual recognition can be achieved by identifying distinct elements such as the face or voice as belonging to one individual. In humans, those different cues are linked into one conceptual representation of individual identity. I demonstrated that rhesus monkeys, like humans, recognize familiarpeers but also familiar humans individually and that they match their voice to their corresponding memorized face. Thus it shows that fine individual recognition is a skill shared across a range of primate species, which may serve as the basis of a sophisticated social network. It also suggests that animals’ brains flexibly adapt to recognize individuals of other species when socio-ecologically relevant. Following at the neuronal level, this project put in light that social knowledge about other individuals is represented by hippocampal neurons as well as by inferotemporal neurons. For instance I observed the existence of face preferring neurons not only in the inferotemporal cortex as previously described but also in the hippocampus. Comparison of their properties across both structures, suggests that they could play complementary roles in recognition of individuals. Finally, because the hippocampus is a structure that evolved in various degrees to support autobiographical memory and spatial information in different mammals, I characterized the different subtypes of neurons and their network connectivity in the monkey hippocampus to provide a common anatomical framework to discuss hippocampal functions across species

La dystrophie myotonique de type 1 (DM1), ou maladie de Steinert, est une maladie qui touche plusieurs tissus, dont le système nerveux central (SNC). L’atteinte neurologique est variable et inclut des troubles de la fonction exécutive, des changements de comportement et une hypersomnolence dans la forme adulte, ainsi qu’une déficience intellectuelle marquée dans la forme congénitale. Dans leur ensemble, les symptômes neurologiques ont un fort impact sur le parcours académique, professionnel et les interactions sociales. Aujourd’hui aucune thérapie n’existe pour cette maladie. La DM1 est due à une expansion anormale d’un triplet CTG non-codant dans le gène DMPK. Les ARN messagers DMPK, porteurs de l’expansion, s’accumulent dans le noyau des cellules (sous forme de foci) et perturbent la localisation et la fonction de protéines de liaison à l’ARN, notamment des familles MBNL et CELF, ce qui entraîne des défauts d’épissage alternatif, d’expression, de polyadenylation et de localisation d’autres ARN cibles. Malgré le progrès récent dans la compréhension des mécanismes de la maladie, les aspects cellulaires et moléculaires de l’atteinte neurologique restent méconnus: nous ne connaissons ni la contribution de chaque type cellulaire du cerveau, ni les voies moléculaires spécifiquement dérégulées dans chaque type cellulaire. L’objectif de ma thèse a été de répondre à ces deux questions importantes en utilisant un modèle de souris transgéniques et des cellules primaires dérivées de celui-ci. Pour mon projet, j’ai utilisé les souris DMSXL générées par mon laboratoire. Ces souris reproduisent des caractéristiques importantes de la DM1, notamment l’accumulation des ARN toxiques et la dérégulation de l’épissage alternatif dans plusieurs tissus. L’impacte fonctionnel des transcrits DMPK toxiques dans le SNC des souris DMSXL se traduit par des problèmes comportementaux et cognitifs et par des défauts de la plasticité synaptique. Afin d’identifier les mécanismes moléculaires associés à ces anomalies, une étude protéomique globale a montré une dérégulation de protéines neuronales et astrocytaires dans le cerveau des souris DMSXL. De plus, l’étude de la distribution des foci d’ARN dans les cerveaux des souris et des patients a montré un contenu plus élevé dans les astrocytes par rapport aux neurones. Ensemble, ces résultats suggèrent une contribution à la fois neuronale et gliale dans la neuropathogenèse de la DM1. L’étude protéomique globale des cerveaux des souris DMSXL, a aussi montré des défauts de protéines synaptiques spécifiques des neurones, que nous avons par la suite validés dans le cerveau des patients. SYN1 est hyperphosphorylée d’une façon CELF-dépendante et RAB3A est surexprimé en réponse à l’inactivation de MBNL1. Les protéines MBNL et CELF régulent l’épissage alternatif d’un groupe de transcrits au cours du développement, et leur dérégulation dans la DM1 entraîne l’expression anormale d’isoformes d’épissage embryonnaires dans le tissu adulte. Dans ce contexte, j’ai étudié si les défauts des protéines RAB3A et SYN1 sont associés à une dérégulation d’épissage, et si les anomalies des protéines synaptiques identifiées dans la DM1 reproduisent des évènements embryonnaires de la régulation de RAB3A et SYN1. Mes résultats indiquent que les défauts de ces protéines dans les cerveaux adultes ne sont pas dus à une altération de l’épissage alternatif des transcrits et ne recréent pas des évènements embryonnaires. La neuropathogenèse de la DM1 va, donc, au delà de la dérégulation de l’épissage et d’autres voies moléculaires restent à explorer dans les cerveaux DM1. Afin d’identifier des sous-populations cellulaires susceptibles à l’accumulation des ARN toxiques, nous avons étudié la distribution des foci dans plusieurs régions cérébrales. (...) / Myotonic dystrophy type 1 (DM1) is a severe disorder that affects many tissues, including the central nervous system (CNS). The degree of brain impairment ranges from executive dysfunction, attention deficits, low processing speed, behavioural changes and hypersomnia in the adult form, to pronounced intellectual disability in the congenital cases. The neurological manifestations have a tremendous impact on the academic, professional, social and emotional aspects of daily life. Today there is no cure for this devastating condition. DM1 is caused by the abnormal expansion of a CTG trinucleotide repeat in the 3’UTR of the DMPK gene. Expanded DMPK transcripts accumulate in RNA aggregates (or foci) in the nucleus of DM1 cells, disrupting the activity of important RNA-binding proteins, like the MBNL and CELF families, and leading to abnormalities in alternative splicing, gene expression, RNA polyadenylation, localisation and translation. In spite of recent progress, fundamental gaps in our understanding of the molecular and cellular mechanisms behind the neurological manifestations still exist: we do not know the contribution of each cell type of the CNS to brain dysfunction, or the molecular pathways specifically deregulated in response to the CTG expansion. The aim of my PhD project has been to gain insight into these two important questions using a relevant transgenic mouse model of DM1 and cell cultures derived thereof. In my studies I used the DMSXL mice, previously generated in my host laboratory. The DMSXL mice express expanded DMPK mRNA with more than 1,000 CTG repeats. They recreate relevant DM1 features, such as RNA foci and missplicing in multiple tissues. The functional impact of expanded DMPK transcripts in the CNS of DMSXL mice translates into behavioural and cognitive abnormalities and defective synaptic plasticity. To identify the molecular mechanisms behind these abnormalities, a global proteomics analysis revealed changes in both neuron-specific and glial-specific proteins in DMSXL brain. We also investigated RNA foci in DMSXL and human DM1 brains and found non-homogenous distribution between cell types, with a higher foci content in astrocytes relative to neurons. Together these results suggest that both neuronal and glial defects contribute to DM1 neuropathogenesis. The global proteomics analysis of DMSXL brains also identified abnormalities in neuronal synaptic proteins that we have validated in human brain samples. SYN1 is hyperphosphorilated in a CELF-dependent manner while RAB3A is upregulated in association with MBNL1 depletion. CELF and MBNL proteins regulate the alternative splicing of a subset of transcripts throughout development, and their deregulation in DM1 leads to abnormal expression of fetal splicing isoforms in adult DM1 brains. In this context, I have studied if RAB3A and SYN1 deregulations observed in adult brains are associated with splicing abnormalities or if they recreated embryonic expression and phosphorylation events. My results indicate that the synaptic proteins abnormalities observed in adult DMSXL brains are not caused by defective alternative splicing and do not recreate embryonic events. Thus, DM1 neuropathogenesis goes beyond missplicing and other molecular pathways must be explored in DM1 brains. To better understand the cellular sub-populations susceptible of accumulating toxic RNA foci we have studied foci distribution in different brain regions. We identified pronounced accumulation of toxic RNAs in Bergman astrocytes of DMSXL mice cerebellum and DM1 patients, associated with neuronal hyperactivity of Purkinje cells. A quantitative proteomics analysis revealed a significant downregulation of GLT1 – a glial glutamate transporter expressed by the Bergmann cell in the cerebellum. I have confirmed the GLT1 downregulation in other brain regions of mouse and human brain. (...)