Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Il existe dans le cerveau un regroupement de structures sous-corticales que l’on nomme ganglions de la base (GB) et qui contrôle de nombreuses fonctionnalités psychomotrices. L’apparition de débalancements neurochimiques dans l’une de ces structures est suffisante pour induire des phénotypes pathologiques extrêmement déstabilisants. L’un des syndromes les plus fréquemment rencontrés est la maladie de Parkinson (MP), une affection des GB dont la principale déterminante neuropathophysiologique implique principalement les neurones dopaminergiques (DA) de la substance noire pars compacta (SNc). La dégénérescence marquée de ces neurones ne peut pourtant pas, à elle seule, expliquer l’ensemble des symptômes dont font montre les patients. L’usage thérapeutique du précurseur de la DA, la L-dopa, ne se montre pas infaillible face aux troubles posturaux caractéristiques de la MP. Récemment, des études anatomiques et électrophysiologiques suggèrent que l’acétylcholine (ACh) pourrait jouer un rôle déterminant dans ce désordre neurologique. Ces travaux mettent l’emphase sur la dégénérescence des neurones ACh du noyau pédonculopontin, une structure du tronc cérébral dont les axones ascendants s’arborisent massivement dans le thalamus, mais aussi dans le noyau sous-thalamique (NST), une composante-clé des GB fortement dérégulée dans la MP. Ces données nous ont orientés vers l’étude de l’innervation ACh du NST en conditions normale et pathologique dans le tissu humain post-mortem. Nous avons eu recours à l’immunohistochimie et à la stéréologie pour obtenir des estimations non-biaisées du nombre de varicosités axonales ACh dans la région d’intérêt. Les résultats obtenus mettent en évidence, et ce pour la première fois, une baisse significative de la neurotransmission ACh dans le NST des sujets MP, une diminution important affectant tous les secteurs du NST. Ces résultats soulignent l’importance de tenir compte de l’impact fonctionnel de l’innervation ACh dans le NST et considérer son implication possible dans les dérèglements de l’activité neuronale du NST qui survient dans la MP. / The basal ganglia (BG) – a set of subcortical structures lying at the basis of the cerebral hemispheres – are known to play a crucial role in the control of psychomotor functions. A single neurochemical imbalance in one of the components of the BG can induce severe motor disabilities that range from hyperkinesia to hypokinesia. One of the most frequently encountered syndromes associated with BG malfunction is Parkinson’s disease (PD). The pathological hallmark of PD, clinically characterized by tremor, bradykinesia and rigidity, is the death of the dopaminergic (DA) neurons of the substantia nigra pars compacta (SNc). However, the marked reduction of the DA neurons does not, by itself, explain the entire symptomatic spectrum experienced by the patients. In fact, the main pharmacological treatment of PD, which is based on the administration of L-dopa, the metabolic precursor of DA, to restore the endogenous DA store, does not alleviate all symptoms of this neurodegenerative disease, postural instabilities being particularly resistant to L-dopa therapy. Recently, numerous anatomical and electrophysiological studies have revealed that acetylcholine (ACh) might also be involved in the pathogenesis of this neurodegenerative disorder. Of particular significance was the report of a loss of the ACh neurons contained in the peduculopontine nucleus, an upper brainstem nucleus that projects massively to the thalamus, but also to the subthalamic nucleus (STN), a key component of the BG that is markedly dysregulated in PD. These findings led us to analyze post-mortem brain tissue collected from normal individuals and PD patients in order to determine quantitatively the strength of the ACh innervation in the STN in normal and pathological conditions. Unbiased estimations of the number of ACh axonal varicosities in the different sectors of the STN were gathered by applying stereological methods to material immunostained for an ACh marker. Our results have provided a first direct evidence for a significant reduction of the ACh neurotransmission in the STN of parkinsonian patients, a decrease that is evident in all regions of the STN. These findings suggest that the ACh input plays an important role in the normal functioning of the STN and that it might even be involved in the induction of the abnormal neuronal activity that characterizes this nucleus in PD.

Cette étude résume l’historique de la découverte des glies, détaille leur morphologie et leur physiologie. Elle vise principalement à la compréhension des interactions complexes entre les neurones, les glies et l’apport en sang au cortex pendant la transition du sommeil à ondes lentes vers l’éveil in vivo chez des animaux anesthésiés et naturellement endormis. Nous effectuons des enregistrements intracellulaires simultanés de neurones et de glies corticaux, conjointement avec les mesures du débit sanguin cérébral, de la concentration extracellulaire de K+ et les potentiels de champs locaux sous anesthésie pendant l’activation corticale évoquée avec une stimulation électrique des noyaux cholinergiques ou lors de l’éveil naturel de l’animal. Nous suggérons que le résultat du comportement de la glie dépende de l’influence glutamatergique/GABAergique des neurones voisins, sur la modulation des voies de communications intergliales, et/ou sur le trafic ionique au travers des vaisseaux sanguins. / This study summarizes the history of the glial discovery, details their morphology and their physiology and aims at understanding complex interactions between cortical neurons, glia and blood supply during the transition from slow wave sleep to wakefulness in vivo in both anesthetized and naturally sleeping animals. We performed simultaneous intracellular recordings of cortical neurons and glia, together with measurements of cerebral blood flow, extracellular K+ concentrations and local field potentials under anesthesia, during elicited cortical activation with electric stimulation of cholinergic nuclei or under naturally wakefulness of the animal. We suggest that the outcome of the glial behavior depends on the glutamatergic/GABAergic influence of neighboring neurons, on the modulation of the interglial communication pathways, and/or on the ionic traffic across blood vessels.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

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Le tabac est consommé par environ un milliard de personnes. D'après l'Organisation Mondiale de la Santé, le tabagisme est la première cause évitable de mortalité dans le monde, provocant six millions de morts par an. La nicotine est le composant neuro-actif principal dans le tabac, et exerce ses effets neurologiques via une activation directe des récepteurs nicotiniques de l’acétylcholine (nAChR). Ces récepteurs transmembranaires sont composés de sous-unités alpha, ou alpha plus beta, créant une variété de canaux ioniques ligand-dépendants activés par le neurotransmetteur ACh. Les études génétiques chez l’homme ont mis en évidence des variants dans le cluster génomique CHRNA5-CHRNA3-CHRNB4, codant pour les sous-unités α5, α3 et β4, comme facteurs influençant le tabagisme. Cette thèse a étudié le rôle des nAChRs contenant la sous-unité β4 (β4*) dans l’addiction à la nicotine. En collaboration, nous avons montré que les souris déficientes pour la sous-unité β4 (β4 KO), sont moins sensibles aux effets récompensant et aversifs de la nicotine. En générant un lentivirus exprimant la séquence murine d'ADN complémentaire de β4, j’ai pu restaurer son expression dans des régions d’intérêt du cerveau, sur un fond génétique β4KO. Ceci a permis de mettre en évidence le rôle du réseau habénulo-interpedonculaire dans la contribution des β4* nAChRs à la consommation de nicotine. Ceci a également démontré le rôle modulateur de ces récepteurs dans les réponses de la voie mésolimbique à la nicotine, voie centrale dans l'effet renforçant des drogues. / Tobacco is consumed by an estimated 1 billion people world-wide. The World Health Organization names tobacco consumption the primary cause of preventable morbidity and mortality, causing six million deaths per year. Nicotine is the principal neuro-active compound in tobacco, and exerts neurological effects by binding to nicotinic acetylcholine receptors (nAChRs). These transmembrane receptors are composed of alpha or alpha plus beta subunits, forming a diverse variety of ligand-gated ion channels endogenously activated by ACh. Human genetic studies have highlighted variants in the CHRNA5-CHRNA3-CHRNB4 genomic cluster, coding for subunits α5, α3 and β4, as altering smoking behaviours. The present thesis investigated the role of β4-containing (β4*) nAChRs in nicotine addiction. In collaboration, we showed that β4 knockout (KO) mice are less sensitive to nicotine reward and nicotine aversion. Generating a lentivirus for the expression of mouse β4 nAChR subunit complementary DNA, I was able to restore receptor expression to brain regions of interest on a KO background, locating the role of β4* nAChR in nicotine reward and aversion to the habenulo-interpedunular pathway. This also demonstrated the receptor’s modulation of nicotinic responses of the mesolimbic system, central hub of drug reinforcement.

Les dépendances à l'alcool, au tabac ou au cannabis sont des affections fréquentes, aux conséquences psychologiques, sociales et physiques sévères. Ces addictions comportent des facteurs socioculturels, psychologiques et biologiques. Leur clinique est également complexe, suggérant une importante hétérogénéité phénotypique et génétique. Les études d'agrégation familiale et de jumeaux ont montré une forte héritabilité de des addictions (entre 30 et 60%). Toutefois, si de nombreuses études ont suggéré l'association de certains variants génétiques avec telle ou telle affection, peu de gènes ont émergés comme clairement associés à une addiction dans les méta-analyses. L'hétérogénéité clinique et génétique de ces troubles pourrait être une des raisons à certains résultats négatifs. Dans ce travail, nous montrerons comment le démembrement phénotypique peut-être une approche nouvelle, permettant de mettre en évidence des phénotypes plus homogènes, et à plus fort support génétique. Un premier travail a porté sur les effets ressentis de la consommation de cannabis comme marqueur endophénotypique de dépendance au cannabis. Puis nous avons montré comment les comorbidités addictives ou l'âge de début constitue des phénotypes d'intérêt. Enfin, nous prendrons l'exemple d'un variant du gène codant pour le transporteur de la dopamine comme marqueur d'un phénotype intermédiaire de la dépendance à l'alcool. / The prevalence of tobacco, cannabis and alcohol dependences is considered as high in most countries, having devastating psychological, social and physical consequences. These disorders are supported by social, cultural, psychological and biological factors. Their clinical presentation is also complex, suggesting an important phenotypic and genetic heterogeneity. Family studies as well as twin studies suggest a high heritability of these disorders, ranging between 30% and 60%. However, very few genetic variants have been considered as formerly associated with addictions. The phenotypic and clinical heterogeneity could contribute at least in part to the lack of positive results in genetic studies. In the present dissertation, we will show how the disentanglement of these disorders constitute a new approach, allowing to discover novel phenotypes, more homogeneous and with a stronger genetic support. Our first work will examine the association between some variant along the dopamine transporter gene and complication associated with alcohol dependence, namely alcohol withdrawal seizures. Then we will show how the age at onset of alcohol dependence constitutes a novel phenotype of interest. We will also consider the association of tobacco smoking in alcohol dependent participants as an intermediate phenotype. Finally, we will consider the subjective effect of cannabis during the first use as a new endophenotype for cannabis dependence.

Le système vibrissal chez le rat est un modèle sensoriel particulièrement utile à étudier, car il représente un organe tactile excessivement développé et qui est nécessaire au comportement exploratoire de l'animal. L'organisation des vibrisses est représentée à chacun des niveaux de traitement de l'information, c'est-à-dire les noyaux du trijumeau, le noyau ventral postéro-médian (VPM) du thalamus et le cortex somatosensoriel primaire (SI). Les objectifs de ce mémoire consistent à classifier morphologiquement et électrophysiologiquement (in vitro) les neurones du SpVi, étudier les effets électrophysiologiques de l'acétylcholine sur les différentes populations neuronales et sur les transmissions synaptiques, ainsi que déterminer, de façon immunohistochimique, le ou les type(s) de récepteurs muscariniques impliqué(s) dans ces réponses.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.