Les données accumulées au cours des deux dernières décennies ont montré que l’astrocyte joue un rôle clé dans la régulation de la transmission synaptique. Cela est dû à sa capacité à détecter, via des récepteurs, et réguler, via la libération de gliotransmetteurs, la transmission synaptique. Cependant, les astrocytes deviennent réactifs dans des conditions pathologiques comme la maladie d’Alzheimer et la régulation de l’activité neuronale par ces cellules est susceptible d’être altérée.L'objectif principal de cette thèse est d'étudier le rôle de l‘astrocyte en tant qu'intégrateur et modulateur de la transmission synaptique dans des conditions physiologique et pathologique.Premièrement, nous avons montré qu’un astrocyte est capable de détecter et d’augmenter la transmission synaptique de base au niveau d’une synapse chez des rats jeunes. On ignore si cette régulation est toujours présente chez les adultes et si elle est affectée par l'activité synaptique des synapses voisines présentes dans le même domaine astrocytaire. En utilisant l’imagerie STED et des enregistrements électrophysiologiques sur des tranches d’hippocampes de rats adultes, nous montrons ici que la voie de régulation décrite précédemment est également présente chez les adultes. En effet, les astrocytes détectent la transmission glutamatergique de base au niveau de synapses individuelles par le biais des mGluR5 et l’augmente en libérant des purines qui activent les récepteurs présynaptiques A2A. Plus important encore, nos données suggèrent fortement qu'un astrocyte est capable d'adapter sa régulation de la transmission glutamatergique en fonction du nombre de synapses activées dans son domaine. Lorsque le nombre d’afférences activées est faible, les astrocytes facilitent l'efficacité synaptique par un mécanisme dépendant des purines. Fait intéressant, ce processus n’est plus présent lorsqu’un plus grand nombre d’afférences est activé, ce qui suggère que les astrocytes sont capables d’intégrer différemment les informations entrantes et d’adapter leur réponse en termes de libération de purine.Deuxièmement, des études sur des modèles de la maladie d’Alzheimer ont rapporté que plusieurs fonctions astrocytaires, comme leur capacité à réguler la transmission synaptique, étaient perturbées. Cependant, la contribution de la réactivité astrocytaire dans cette pathologie reste méconnue et débattue du fait que les modifications rapportées dans ces études peuvent être bénéfiques et/ou néfastes pour les neurones. En effet, les astrocytes réactifs présentent une hétérogénéité morphologique, moléculaire et fonctionnelle qui peut expliquer leurs effets controversés dans cette pathologie. Pour comprendre comment la réactivité astrocytaire contribue à la maladie d'Alzheimer et trouver des voies thérapeutiques, il est essentiel de développer une nouvelle stratégie qui module efficacement tous les types d'astrocytes réactifs. Ici, nous avons utilisé des approches in vivo visant spécifiquement les astrocytes et identifié la voie JAK2/STAT3, comme étant nécessaire et suffisante pour l'induction et le maintien de la réactivité astrocytaire. La modulation de cette cascade par approche virale contrôle efficacement plusieurs caractéristiques morphologiques et moléculaires de la réactivité. De plus, son inhibition chez des modèles murins de la maladie d'Alzheimer améliore des caractéristiques pathologiques clés en réduisant les dépôts amyloïdes et en améliorant l'apprentissage spatial. En combinant l’approche virale avec des enregistrements électrophysiologiques, notre équipe a montré que réduire la réactivité astrocytaire en inhibant la voie JAK2/STAT3 rétablit les déficits de transmission synaptique et de plasticité observés chez un modèle 3xTg de la maladie d'Alzheimer. En conclusion, la cascade JAK2/STAT3 est un régulateur principal de la réactivité astrocytaire in vivo. Son inhibition offre de nouvelles opportunités thérapeutiques pour la maladie d'Alzheimer. / Data accumulated over the two last decades have demonstrated that astrocytes play key roles in the regulation of synaptic transmission and plasticity. This is due to their capability to detect and regulate synaptic transmission by expressing receptors and releasing gliotransmitters, respectively. However, astrocytes become reactive in pathological condition such as Alzheimer’s disease, and neuronal activity regulation by these glial cells is likely to be altered.The main objective of this thesis is to study the role of astrocytes as integrators and modulators of synaptic transmission under both physiological and pathological conditions.First, we have shown that a single astrocyte is able to detect and in turn up-regulate basal synaptic transmission at individual synapses in juvenile rats. Whether this upregulation is still present in adults and whether it is affected by the synaptic activity occurring at neighboring synapses present within the same astroglial domain is unknown. Using STED imaging on fixed tissue and electrophysiological recordings on acute hippocampal slices of adult male rats we here show that the upregulation pathway previously described in juvenile rats is also present in adults. Indeed, as in juvenile, astrocytes detect basal glutamatergic transmission at individual synapses through mGluR5 and in turn upregulate it by releasing purines and activating presynaptic A2A receptors. More importantly, our data suggest strongly that an individual astrocyte is able to adapt its purine-mediated regulation of glutamatergic transmission as a function of the number of synapses activated in its domain. When the number of afferent inputs activated is small, astrocytes facilitate synaptic efficacy through a purine-mediated process. Interestingly, this process is no longer present when a higher number of afferences is activated, suggesting the astrocytes integrate the incoming information and adapt its response in terms of purine release.Second, studies on Alzheimer’s disease models have reported changes in several astrocyte functions such as its ability to regulate synaptic transmission. However, the contribution of astrocytic reactivity in this pathology remains largely unknown and debated as the reported changes in these studies can have beneficial, deleterious or even mixed effects on neurons. Indeed, reactive astrocytes display a morphological, molecular and functional heterogeneity that could explain their controversial effects in this pathology. To understand how astrocyte reactivity contributes to Alzheimer's disease and to find therapeutic pathways, it is crucial to develop a new strategy that efficiently modulates all types of reactive astrocytes. Here, we used cell type-specific approaches in vivo and identified the JAK2/STAT3 pathway, as necessary and sufficient for the induction and maintenance of astrocyte reactivity. Modulation of this cascade by viral gene transfer in mouse astrocytes efficiently controlled several morphological and molecular features of reactivity. Inhibition of this pathway in mouse models of Alzheimer's disease improved key pathological hallmarks by reducing amyloid deposition and improving spatial learning. Combining this viral gene transfer with electrophysiological recordings, we specifically showed in our lab that reducing astrocyte reactivity by inhibiting JAK2/STAT3 cascade in astrocytes restores synaptic transmission and plasticity deficits observed in a 3xTg mouse model of Alzheimer's disease. In conclusion, the JAK2/STAT3 cascade operates as a master regulator of astrocyte reactivity in vivo. Its inhibition offers new therapeutic opportunities for Alzheimer's disease.

La maladie de Parkinson est une maladie neurodégénérative caractérisée par la mort progressive des neurones dopaminergiques de la substance noire (SN). Cette mort neuronale entraîne un déficit en dopamine (DA) dans le striatum, responsable de la survenue des symptômes. <br />Dans la perspective d'un traitement visant à protéger les neurones de la SN, de nombreuses études ont été centrées sur l'utilisation du glial cell-line derived neurotrophic factor (GDNF), facteur neurotrophique et neuroprotecteur des neurones dopaminergiques. Son efficacité thérapeutique a été démontrée par de nombreuses études dans des modèles animaux de la MP et lors d'essais cliniques. <br />Depuis une dizaine d'années, de nombreux travaux ont démontré l'efficacité de la thérapie génique (TG) comme méthode d'administration du GDNF et un effort particulier est entrepris pour optimiser cette approche. Cependant, malgré des résultats très encourageants obtenus dans les modèles murins et de primates de la MP, il s'est révélé que l'utilisation des vecteurs viraux se confrontait à une limite majeure. En effet, le ciblage préférentiellement neuronal de ces vecteurs entraîne la dispersion de la protéine dans la voie striatonigrale provoquant ainsi la formation massive de collatérales dans des zones non désirées. <br />Afin d'éviter la dispersion du GDNF, nous avons étudié la restriction de sa localisation au striatum en ciblant préférentiellement les astrocytes striataux via un vecteur lentiviral.<br /> Une première partie du travail porte sur la caractérisation d'un vecteur pseudotypé par l'enveloppe Mokola. Chez la souris, l'enveloppe permet un ciblage spécifique des astrocytes quel que soit le promoteur utilisé, contrairement aux rat et primate, chez lesquels un ciblage préférentiellement astrocytaire est obtenu en combinaison avec le promoteur CMV. <br />Dans une seconde partie, le vecteur pseudotypé par Mokola a été utilisé pour étudier l'effet d'une expression restreinte de GDNF aux astrocytes striataux sur la protection de la voie nigrostriée. L'injection d'un vecteur permettant la synthèse de GDNF (Mok-GDNF) dans un modèle de rat de la MP permet une forte et stable synthèse de GDNF pendant au moins un an. Bien que le GDNF soit très majoritairement retrouvé au niveau du striatum et du globus pallidus, un très faible transport du GDNF dans les zones de projection est détecté. Cette dispersion résiduelle ne permet pas la génération de collatérales ectopiques. L'injection du vecteur Mok-GDNF permet une protection du système dopaminergique de la voie nigrostriée ainsi que le rétablissement d'un turn-over de la DA normal, traduit par une restauration complète du comportement moteur. Ces résultats indiquent que l'utilisation du vecteur pseudotypé par Mokola pour exprimer le GDNF se révèle optimale pour la TG de protection de la MP.

Les réseaux vasculaires et nerveux présentent des similitudes frappantes (points de branchements, superposition, voies afférentes/efférentes, …) et tous deux interagissent lors du développement ou dans le cadre de pathologies.Dans un premier projet, nous avons voulu déterminer si un facteur pro-angiogénique, c'est-à-dire induisant la formation de nouveaux vaisseaux, peut avoir un effet direct sur le réseau neuronal. Des études menées in vitro ou in vivo chez l’adulte, ont montré une implication directe du Vascular Endothelial Growth Factor (VEGF) sur le système nerveux (survie, prolifération neuronale, croissance axonale, …). Nous avons cherché à savoir si ce facteur a un effet sur le développement ou l’activité des réseaux neuronaux lors de la vie embryonnaire alors que les systèmes vasculaires et nerveux se mettent progressivement en place. Avec une approche électrophysiologique, nous avons focalisé notre attention sur les motoneurones de la moelle épinière de souris entre les stades E13,5 et P0. Nos résultats montrent que le VEGF augmente de façon significative la fréquence des activités synaptiques liées à la libération de GABA et de Glycine pendant une fenêtre temporelle correspondant à la mise en place de ces mêmes activités (E13,5 et E15,5). Cet effet modulateur met en évidence un nouveau rôle du VEGF dans la maturation fonctionnelle des réseaux neuronaux et ouvre de nouvelles perspectives dans l’étude des neurodégénérescences précoces. Dans un second projet, nous nous sommes intéressés au glioblastome, cancer cérébral très invasif. Nous montrons que l’inhibition d’IRE1 (Inositol Requiring-Enzyme 1, senseur du stress du réticulum endoplasmique) dans un modèle d’implantation orthotopique chez la souris induit la formation de tumeurs plus petites, moins vascularisées et plus dispersées avec un meilleur pronostic de survie. Nous observons aussi des altérations du microenvironnement tumoral (matrice extracellulaire, réaction astrocytaire) avec des modifications de l’expression de nombreux facteurs de croissance dont le TGFß. / The nervous and the vascular systems share similarities (branching points, afferent/efferent parts …) and are closely connected during development and pathology.In the first part of this project, we questioned whether the pro-angiogenic key factor VEGF (Vascular Endothelial Growth Factor), which promotes new blood vessels formation, can directly interact with neural networks while nervous and vascular systems are developing. In the present study, using an electrophysiological approach, we focused on the effect of VEGF on embryonic spinal lumbar motoneurons (MNs). Our results demonstrate that VEGF increases the frequency of the GABA/glycinergic events at early developmental stages (E13.5 and E15.5) but not at the perinatal stage E17.5. Our data highlight a new role for VEGF which can control both the maturation of the vascular and neuronal networks and may likely be involved in early MNs degeneration.In the second part, we focused on glioblastoma, the most agressive form of brain cancer. Our results show that inhibition of IRE1 (Inositol Requiring-Enzyme 1, stress sensor of endoplasmic reticulum) leads to formation of smaller, less vascularized, more invasive tumors with a better prognosis. We also observe that tumoral microenvironnement is altered (reactive astrogliosis, extracellular matrix) and expression of several growth factors like TGFß is modified.

Les noyaux supraoptiques (NSO) et paraventriculaires (NPV) de l’hypothalamus montrent un phénomène réversible de plasticité structurale neurono-gliale dans diverses conditions physiologiques telles que la parturition, l’allaitement ou lors d’une surcharge en sel. En effet, les feuillets astrocytaires qui enveloppent normalement les somas et dendrites des neurones à ocytocine (OT) ou à vasopressine (AVP) se rétractent alors, autour des neurones à OT, laissant place à la formation de nouvelles synapses, surtout GABAergiques. Nous avons émis l’hypothèse voulant que ces mouvements cellulaires soient régulés par des molécules connues pour leurs rôles dans l’adhérence et la motilité cellulaires, notamment les récepteurs Eph et les éphrines (Efn). Nous avons étudié le rôle de l’un de ces récepteurs, EphA4, un récepteur à tyrosine kinase reconnaissant l’ensemble des Efn, A ou B, puis tenté d’identifier les Efn partenaires dans le NSO, à la suite d’une surcharge en sel. Pour démontrer la présence d’EphA4 dans le NSO et déterminer l’effet d’une surcharge en sel sur son expression et sa localisation, nous avons utilisé l’hybridation in situ et l’immunohistochimie en microscopie électronique, sur des coupes de cerveaux de souris ou rats traités ou non à l’eau salée pendant 1-7 j, avec des ribosondes ou des anticorps spécifiques pour EphA4. Ces travaux ont démontré une augmentation de l’expression d’EphA4 dans le NSO, notamment dans des dendrites, après le régime salé. La distribution de cette expression correspondait à celle des neurones OT et était absente de la glia limitans. Nous avons ensuite déterminé l’effet d’une absence d’EphA4 sur les mouvements astrocytaires et la synaptogènese autour des dendrites à OT et AVP, en utilisant des souris EphA4 knockouts et des souris de type sauvage des mêmes portées. Nous avons ainsi mesuré la couverture astrocytaire des dendrites OT ou AVP, identifiées par immunocytochimie anti-OT ou anti-AVP, en microscopie électronique. Ces mesures ont confirmé la rétraction des feuillets astrocytaires et la synaptogenèse autour des dendrites OT, mais pas autour des dendrites AVP, chez les souris de type sauvage, et démontré que la rétraction des feuillets astrocytaires et la synaptogenèse sur les dendrites OT ne se produisait pas chez les souris knockouts soumises à la surcharge en sel. L’ensemble de ces résultats démontre un rôle d’EphA4 dans cette plasticité structurale neurono-gliale. Afin d’identifier l’Efn partenaire d’EphA4 dans cette fonction, nous avons utilisé l’hybridation in situ et l’immunohistochimie pour les EfnB3 et -A3. L’hybridation in situ n’a pas démontré d’expression de l’EfnB3 dans le NSO, tandis que les résultats pour l’EfnA3 restent à quantifier. Cependant, l’immunohistochimie anti-EfnA3 montre un marquage d’astrocytes dans le NSO et la glia limitans, marquage qui semble augmenter après surcharge en sel, mais il reste à démontrer que l’anticorps anti-EfnA3 est bien spécifique et à quantifier les éventuels changements sur un plus grand nombre d’animaux. L’ensemble de ces observations démontre un rôle du récepteur EphA4 dans les mécanismes à la base des changements structuraux neurono-gliaux du NSO et pointe vers l’EfnA3 comme partenaire d’EphA4 dans ce modèle. / The supraoptic (SON) and paraventricular (PVN) nuclei of the hypothalamus display reversible neurono-glial structural plasticity in various physiological conditions, such as parturition, lactation, or following salt loading. In such conditions, astrocytic leaflets that normally envelop the somas and dendrites of ocytocin (OT) or arginin-vasopressin (AVP) neurons retract from OT processes where they are replaced by new synapses, mainly GABAergic. Our hypothesis proposes that these cellular movements are regulated by molecules known for their roles in cell adhesion and motility, notably Eph receptors and ephrins (Efn). We have examined the role of one of these receptors, EphA4, a tyrosine-kinase receptor recognizing all ephrins, A or B, and then tried to identify the Efn interacting with EphA4 in these functions, following salt-loading. To demonstrate the presence of EphA4 in the SON and determine the effect of salt loading on its expression, we used in situ hybridization and immunohistochemistry in light and electron microscopy, on brain sections from rats or mice treated with salted water during 1-7 d, using riboprobes and antibodies specific for EphA4. These experiments demonstrated that EphA4 is expressed in the SON, with a distribution of its mRNA similar to that of OT neurons, and that it was absent from the glia limitans. Its expression increased following salt loading, particularly in dendrites. We then tested the effect of an absence of EphA4 on astrocytic process retraction and on synaptogenesis, using EphA4 kockout mice and wild-type littermates. We measured the ratio of astrocytic contact, and counted the number of synapses on the circumference of OT and AVP dendrites, identified in electron microscopy by immunocytochemistry, after 7 d of salt loading. The results confirmed the retraction of astrocytic processes from OT dendrites in wild-type animals after salt loading, and no change around AVP dendrites. However, there was no retraction from OT dendrites in EphA4 knockout mice, following salt loading. Altogether, these results constitute strong evidence for a role of EphA4 in the astrocyte leaflet retraction and accompanying synaptogenesis, specifically around OT dendrites. In order to identify the Efn interacting with EphA4 in this function, we used in situ hybridization and immunohistochemistry for EfnB3 and –A3. The in situ hybridization did not show the presence of EfnB3 in the SON, while the results for EfnA3 are currently being quantified. Nevertheless, anti-EfnA3 immunohistochemistry showed labelling in astrocytes and in the glia limitans of the SON, a labelling that seemed to increase following salt loading, although the specificity of the anti-EfnA3 antibody remains to be demonstrated on EfnA3 knockout mice, and its expression requires to be measured on a larger number of mice. The latter observations indicate EfnA3 as the potential partner (receptor/ligand) for EphA4 in the neurono-glial structural plasticity occurring in the SON following salt loading.

Les noyaux supraoptiques (NSO) et paraventriculaires (NPV) de l’hypothalamus montrent un phénomène réversible de plasticité structurale neurono-gliale dans diverses conditions physiologiques telles que la parturition, l’allaitement ou lors d’une surcharge en sel. En effet, les feuillets astrocytaires qui enveloppent normalement les somas et dendrites des neurones à ocytocine (OT) ou à vasopressine (AVP) se rétractent alors, autour des neurones à OT, laissant place à la formation de nouvelles synapses, surtout GABAergiques. Nous avons émis l’hypothèse voulant que ces mouvements cellulaires soient régulés par des molécules connues pour leurs rôles dans l’adhérence et la motilité cellulaires, notamment les récepteurs Eph et les éphrines (Efn). Nous avons étudié le rôle de l’un de ces récepteurs, EphA4, un récepteur à tyrosine kinase reconnaissant l’ensemble des Efn, A ou B, puis tenté d’identifier les Efn partenaires dans le NSO, à la suite d’une surcharge en sel. Pour démontrer la présence d’EphA4 dans le NSO et déterminer l’effet d’une surcharge en sel sur son expression et sa localisation, nous avons utilisé l’hybridation in situ et l’immunohistochimie en microscopie électronique, sur des coupes de cerveaux de souris ou rats traités ou non à l’eau salée pendant 1-7 j, avec des ribosondes ou des anticorps spécifiques pour EphA4. Ces travaux ont démontré une augmentation de l’expression d’EphA4 dans le NSO, notamment dans des dendrites, après le régime salé. La distribution de cette expression correspondait à celle des neurones OT et était absente de la glia limitans. Nous avons ensuite déterminé l’effet d’une absence d’EphA4 sur les mouvements astrocytaires et la synaptogènese autour des dendrites à OT et AVP, en utilisant des souris EphA4 knockouts et des souris de type sauvage des mêmes portées. Nous avons ainsi mesuré la couverture astrocytaire des dendrites OT ou AVP, identifiées par immunocytochimie anti-OT ou anti-AVP, en microscopie électronique. Ces mesures ont confirmé la rétraction des feuillets astrocytaires et la synaptogenèse autour des dendrites OT, mais pas autour des dendrites AVP, chez les souris de type sauvage, et démontré que la rétraction des feuillets astrocytaires et la synaptogenèse sur les dendrites OT ne se produisait pas chez les souris knockouts soumises à la surcharge en sel. L’ensemble de ces résultats démontre un rôle d’EphA4 dans cette plasticité structurale neurono-gliale. Afin d’identifier l’Efn partenaire d’EphA4 dans cette fonction, nous avons utilisé l’hybridation in situ et l’immunohistochimie pour les EfnB3 et -A3. L’hybridation in situ n’a pas démontré d’expression de l’EfnB3 dans le NSO, tandis que les résultats pour l’EfnA3 restent à quantifier. Cependant, l’immunohistochimie anti-EfnA3 montre un marquage d’astrocytes dans le NSO et la glia limitans, marquage qui semble augmenter après surcharge en sel, mais il reste à démontrer que l’anticorps anti-EfnA3 est bien spécifique et à quantifier les éventuels changements sur un plus grand nombre d’animaux. L’ensemble de ces observations démontre un rôle du récepteur EphA4 dans les mécanismes à la base des changements structuraux neurono-gliaux du NSO et pointe vers l’EfnA3 comme partenaire d’EphA4 dans ce modèle. / The supraoptic (SON) and paraventricular (PVN) nuclei of the hypothalamus display reversible neurono-glial structural plasticity in various physiological conditions, such as parturition, lactation, or following salt loading. In such conditions, astrocytic leaflets that normally envelop the somas and dendrites of ocytocin (OT) or arginin-vasopressin (AVP) neurons retract from OT processes where they are replaced by new synapses, mainly GABAergic. Our hypothesis proposes that these cellular movements are regulated by molecules known for their roles in cell adhesion and motility, notably Eph receptors and ephrins (Efn). We have examined the role of one of these receptors, EphA4, a tyrosine-kinase receptor recognizing all ephrins, A or B, and then tried to identify the Efn interacting with EphA4 in these functions, following salt-loading. To demonstrate the presence of EphA4 in the SON and determine the effect of salt loading on its expression, we used in situ hybridization and immunohistochemistry in light and electron microscopy, on brain sections from rats or mice treated with salted water during 1-7 d, using riboprobes and antibodies specific for EphA4. These experiments demonstrated that EphA4 is expressed in the SON, with a distribution of its mRNA similar to that of OT neurons, and that it was absent from the glia limitans. Its expression increased following salt loading, particularly in dendrites. We then tested the effect of an absence of EphA4 on astrocytic process retraction and on synaptogenesis, using EphA4 kockout mice and wild-type littermates. We measured the ratio of astrocytic contact, and counted the number of synapses on the circumference of OT and AVP dendrites, identified in electron microscopy by immunocytochemistry, after 7 d of salt loading. The results confirmed the retraction of astrocytic processes from OT dendrites in wild-type animals after salt loading, and no change around AVP dendrites. However, there was no retraction from OT dendrites in EphA4 knockout mice, following salt loading. Altogether, these results constitute strong evidence for a role of EphA4 in the astrocyte leaflet retraction and accompanying synaptogenesis, specifically around OT dendrites. In order to identify the Efn interacting with EphA4 in this function, we used in situ hybridization and immunohistochemistry for EfnB3 and –A3. The in situ hybridization did not show the presence of EfnB3 in the SON, while the results for EfnA3 are currently being quantified. Nevertheless, anti-EfnA3 immunohistochemistry showed labelling in astrocytes and in the glia limitans of the SON, a labelling that seemed to increase following salt loading, although the specificity of the anti-EfnA3 antibody remains to be demonstrated on EfnA3 knockout mice, and its expression requires to be measured on a larger number of mice. The latter observations indicate EfnA3 as the potential partner (receptor/ligand) for EphA4 in the neurono-glial structural plasticity occurring in the SON following salt loading.