Amyotrophic lateral sclerosis (ALS; aka Lou Gehrig Disease) is an adult-onset, rapidly progressing motor neuron disease for which there is currently very little treatment. Glutamate excitoxicity, formation of proteinaceous inclusions, proteasome impairment, and mitochondrial dysfunction have been associated with both sporadic and familial ALS, but there are many questions about how these events fit together to cause motor neuron dysfunction and death. In culture models of familial ALS due to mutations in the enzyme Cu/Zn-superoxide dismutase (SOD1), treatments that reduce intracellular Ca2+ prolong viability and prevent formation of mutant SOD1 inclusions. Motor neurons are vulnerable to Ca2+ overload due to poor Ca2+ buffering and high glutamatergic input. Thus, disruption of calcium homeostasis may play an early and key role in ALS. The goal of this thesis was to investigate how levels of Ca2+ in cytosol and calcium-buffering organelles (mitochondria and endoplasmic reticulum) change in motor neurons in an experimental model of ALS and how these changes relate to other hallmarks of ALS pathogenesis (impaired mitochondrial and proteasome function). To achieve this goal, ALS-causing G93A-SOD1 was expressed in motor neurons of dissociated murine spinal cord-dorsal root ganglia cultures. Using microfluorometric techniques, increases in mitochondrial Ca2+ ([Ca2+]m) and endoplasmic reticular Ca2+ ([Ca2+]ER) were observed prior to an increase in cytosolic Ca2+ ([Ca2+]c). Decrease in mitochondrial membrane potential and rounding of their shape was observed concomitant with the early increase in [Ca2+]m. A further increase in [Ca2+]c was observed in motor neurons with mutant / La sclérose latérale amyotrophique (SLA, alias la maladie de Lou Gehrig) est une maladie neuromusculaire à évolution rapide qui commence à l'âge adulte, et pour laquelle il existe présentement très peu de traitements. L'excitotoxicité du glutamate, la formation d'inclusions protéiques, la déficience du protéasome et le dysfonctionnement mitochondrial ont tous été associés à la SLA sporadique et héréditaire, mais on se questionne toujours sur ce qui rassemble ces éléments qui, ensemble, mènent au dysfonctionnement neuromusculaire et au décès. Dans les modèles de culture de SLA héréditaire causée par des mutations de l'enzyme Cu/Zn-superoxyde dismutase (SOD1), les traitements réduisant le Ca2+ intra-cellulaire prolongent la viabilité et empêchent la formation d'inclusions mutantes de la SOD1. Les motoneurones sont vulnérables aux surcharges de Ca2+ causées par une régulation du Ca2+ inadéquate et par un grand apport glutamatergique. Ainsi, la perturbation de l'homéostasie du calcium joue peut-être un rôle précoce important dans la SLA. Le but de cette thèse était d'enquêter sur la façon dont les niveaux de Ca2+ à l'intérieur des organites assurant la régulation du cytosol et du calcium (mitochondrie et réticulum endoplasmique) changent dans les motoneurones d'un modèle expérimental de la SLA, ainsi que sur la façon dont ces changements sont liés à d'autres marques de pathogénie de la SLA (détérioration du fonctionnement mitochondrial et du protéasome). Afin d'atteindre cet objectif, la G93A-SOD1 causant la SLA a été introduite dans les cultures de motoneurones provenant de neurones ganglions de la racine dorsale mu

Active Caspase 6 associates with the neuropathological hallmarks of sporadic Alzheimer disease (SAD), indirectly increases amyloid beta (A-Beta) and cleaves Tau and other cytoskeleton proteins. Given the similar neuropathology of SAD and familial AD (FAD), my objective is to assess if FAD-associated amyloid precursor protein (APP) mutations activate Caspase 6 in human neurons. Human neurons were transfected with a bigenic vector expressing enhanced green florescent protein (EGFP) and either wild type APP, the Swedish or London mutations. Normally diffuse EGFP beads in neurons over-expressing APP or APP mutants in an A-Beta independent manner and appears to co-localize with beaded Tau and Ubiquitin. Additionally, the number of EGFP-positive APP or APP mutant-transfected neurons decreases with time in culture and undergoes A-Beta dependent cell death. Treatment with a caspase 6 inhibitor or dominant negative Caspase 6 attenuates EGFP beading, EGFP-positive neuronal dropout and cell death. Therefore, FAD-mutants and APP over-expression activate Caspase 6 in human neurons resulting in morphological changes and A-Beta dependent cell death that may contribute to the neuropathological features of FAD. / La forme active de la Caspase 6 est impliquée dans les effets neuropathologiques typiques de la forme sporadique de la maladie d'Alzheimer (SAD) en augmentant indirectement la production du peptide amyloïde-bêta (A-Beta) et en clivant Tau ainsi que d'autres protéines du cyotoskelette. Compte tenu des neuropathologies similaires de SAD et de la forme familiale de la maladie d'Alzheimer (FAD), mon objectif était de déterminer si les mutations de la protéine précurseur de l'amyloïde (APP) associées à FAD, activent la Caspase 6 dans les neurones humains. Les neurones humains ont été transfectés avec un vecteur bigénique exprimant la protéine fluorescente verte (EGFP; Enhanced Green Fluorescent Protein) et soit l'APP sauvage ou sa forme mutée associée a FAD soit la mutation Suédoise ou la mutation de Londre. Normalement présente sous forme diffuse dan le neurone, l'EGFP forme des agrégats dan les neurites del cellules qui sur experiment en présence de l'APP sauvage ou les mutants. La protein Tau et d'Ubiquitine semble se co-localiser avec les agrégations EGFP. Notons que cette accumulation ne dépend pas de la présence de A-Beta. De plus, le nombre de neurones exprimant une forme ou l'autre d'APP où EGFP est visible diminue et il y a augmentation de la mort cellulaire chez ces cellules liée à la présence de A-Beta. Le traitement avec l'inhibiteur de la Caspase 6 ou un mutant dominant négatif de la Caspase 6 atténue la formation d'agrégats d'EGFP, la diminution du nombre de neurones positifs à l'EGFP et la mort cellulaire. Par conséquent, les mutants FAD activent la caspase 6 dans les neurones humains et mènent à des changements de morpholo

The putative neurotransmitters L-glutamate and L-aspartate can exert their excitatory action by activating the N-methyl-D-aspartate (NMDA) and non-NMDA receptors. The objective of this thesis is to investigate the physiological role of these excitatory amino-acid receptors in neocortical slices of normal rats and epileptic patients. My experiments in the rat neocortex indicate that excitatory synaptic transmission in normal artificial cerebrospinal fluid (ACSF) is primarily mediated by non-NMDA receptors, whereas the NMDA receptor is only activated when synaptic inhibition mediated by gamma-aminobutyric-acid-A receptors is reduced or blocked. Under such conditions, I found that the NMDA receptor participates in neuronal synchronization through polysynaptic circuits and contributes to the depolarization underlying the epileptiform discharge. In the epileptogenic human neocortex, I discovered that both NMDA and non-NMDA receptors are responsible for excitatory synaptic transmission in normal ACSF. Furthermore, their activation can lead to the appearance of epileptiform discharges. Together, the findings reported in this thesis suggest that the function of NMDA and non-NMDA receptors might be enhanced in the epileptogenic human neocortex, and lend further support to the hypothesis that excitatory amino acids are involved in epileptogenesis.

Neurotrophins affect neuronal development and plasticity through spatially localized effects but little is known about the subcellular distribution of the Trk neurotrophin receptors and its impact on neurotrophin action. This thesis examined the subcellular location of full-length trkB and trkC tyrosine kinase receptors and truncated trkB isoforms as well as downstream signalling molecules of the truncated trkB isoforms. Epitope tagged receptor isoforms were created to allow their unambiguous identification and localization after transfection. All tagged receptors were appropriately synthesized and full-length myc-trkB and myc-trkC mediated appropriate neurotrophin signaling events. Subcellular localization was studied following the transfection of MDCK cells, dissociated primary hippocampal neurons and cortical neurons within intact brain slices. I found that full-length trkB receptors were excluded from the apical domain of MDCK cells but trkC receptors were present in both apical and basolateral domains. Full-length trkB and trkC were found throughout transfected primary cultured hippocampal neurons and transfected neurons in neocortical brain slices and showed no evidence of vectorial sorting. Truncated forms of trkB were also homogeneously distributed in MDCK cells, dissociated hippocampal neurons and cortical neurons within slice preparations. Levels of full-length and truncated trkB were examined in post-synaptic densities; both receptor isoforms were present but not strongly enriched in these structures. Together, these findings suggest that trk receptors are uniformly distributed in both axonal and dendritic compartments and that local neurotrophin responses are controlled by other mechanisms. The second and third parts of this thesis concerns the search for a novel truncated isoform-interacting protein. Several sources suggest the possibility that the truncated trkB isoforms could signal through a unique molecular cascade. The yeast two-hybrid, phage di

It is well established that stress will stimulate dopamine (DA) release in the nucleus accumbens (NAcc). That NAcc DA transmission increases in response to stress is of interest given the postulated involvement of this transmitter in the pathophysiology of schizophrenia. It has been speculated that hyperactivity of DA cells that innervate limbic regions, including NAcc, underlie the positive symptoms associated with this disease, including exaggerated responses to stress. Understanding the mechanisms by which stress can stimulate NAcc DA release, mechanisms which are currently unclear, thus has potential clinical implications. One likely source of influence on meso-NAcc DA function is the DA projection to the prefrontal cortex (PFC), acting through descending excitatory amino acid projections to the meso-NAcc DA system. The meso-PFC DA pathway, itself potently activated by stress, has been implicated both in cognitive functions, and the negative symptomatology associated with schizophrenia. The focus of this thesis was to investigate the potential involvement of the meso-PFC DA system in modulating stress-induced DA release in NAcc. / The results of these studies have helped to clarify the circuitry by which meso-NAcc DA transmission is influenced. At the cortical level we demonstrated that DA released in PFC during stress can influence the activity of prefrontal cortical output neurons that project to NAcc, or to DA cell bodies in the ventral tegmental area (VTA), either through a direct, inhibitory action, or indirectly by dampening the inhibitory tone provided by GABA interneurons in PFC. Furthermore, PFC GABA may also affect cortical output indirectly, through presynaptic modulation of stress-induced DA release in this region. The present results also indicate that excitatory amino acids (EAAs) acting at NMDA receptors in NAcc exert an inhibitory influence on stress-induced DA release in both NAcc and VTA. These results suggest that EAAs do not exert a direct effect on DA terminals as has been previously suggested, but instead act on NMDA receptors located on NAcc output neurons, likely GABAergic, that project directly or indirectly to the cell bodies of the mesocorticolimbic DA system. This hypothesis is further supported by the results of our final study, in which manipulation of GABA receptors in the VTA was shown to regulate the NAcc DA stress response. The results of these studies provide novel information on how the meso-NAcc DA stress response is regulated, and indicate several possible sources which may contribute to the altered functioning of ascending DA systems that has been suggested to underlie the pathophysiology of several neuro-affective disorders, including schizophrenia.

The neuromuscular junction is widely used as a model to study the formation and function of synapses of the central nervous system. In addition, studies at the neuromuscular junction have provided insight on the molecular mechanisms that govern changes in synaptic structure and strength in response to activity. The precise apposition of the postsynaptic specialization with the complex branched nerve terminal is an essential functional characteristic of synapses. Recently, it was demonstrated that laminin, a key structural protein at the basement membrane, acts as a signaling molecule that can initiate the formation of acetylcholine receptor aggregates on muscle fibers in the absence of nerve-derived factors. How the formation of acetylcholine receptor aggregates on the surface of myotubes in response to laminin is regulated is still unknown. Moreover, although dystroglycan is known to be required for the proper assembly of acetylcholine receptor densities on muscle fibers, the contribution of other laminin-receptors at the surface of muscle fibers in the formation of acetylcholine receptor (AChR) aggregates in response to laminin remains unknown. In my thesis, I describe a novel mechanism by which cellular activity represses the formation of complex acetylcholine receptor aggregates on the surface of myotubes in response to laminin. Blocking activity via inhibition of sodium channels with tetrodotoxin creates a permissive state under which complex AChR aggregates form on the surface of myotubes in response to laminin signaling. Furthermore, I show that this permissive state can also be achieved using verapamil to block voltage-gated calcium channels or KN62 to inhibit calcium/calmodulin dependent Kinase II (CaMKII) activation, indicating that calcium signaling via CaMKII downstream of activity represses aggregation of AChRs in response to laminin. [...] / La jonction neuromusculaire est un model fréquemment employé pour étudier la formation ainsi que le fonctionnement des synapses du système nerveux central. De plus, de nombreuses études sur la jonction neuromusculaire ont fourni de précieux renseignements par rapport aux mécanismes qui gouvernent les changements structurels des synapses menant à leur renforcement suite à l’activité. L’apposition précise entre la spécialisation postsynaptique et les ramifications des terminaux nerveux est une caractéristique essentielle pour le bon fonctionnement des synapses. Récemment, des chercheurs ont démontré que la protéine laminine, qui est une importante composante de la membrane basale, agit comme un signal servant à démarrer la formation des agrégats de récepteurs d’acétylcholine à la surface des cellules musculaires en l’absence de facteurs nerveux. Nous ne savons toujours pas comment la formation des agrégats de récepteurs d’acétylcholine est régulée. De plus, malgré le fait que nous savons que la dystroglycane est requise dans le processus d’assemblage des plaques de récepteurs d’acétylcholine a la surface des fibres musculaires, nous ne savons pas exactement quelle est la contribution des autres récepteurs de laminine à la surface des fibres musculaires dans le contexte de la formation des agrégats d’acétylcholine. Dans ma thèse, je décris un nouveau mécanisme à travers lequel l’activité cellulaire réprime la formation des agrégats complexes de récepteurs d’acétylcholine à la surface des cellules musculaires en la présence de la laminine. Un bloque de l’activité cellulaire via l’inhibition des canaux sodiques en utilisant la tétrodotoxine crée un état permissif sous lequel des agrégats complexes de récepteurs d’acétylcholine se forment à la surface des cellules musculaires en réponses [...]

Background Studies in acute and chronic post-stroke recovery suggest that both microstructural and molecular changes in stroke-affected fibre tracts are associated with clinical outcome. These processes can be measured noninvasily in the living human brain using Diffusion Tensor Imaging (DTI) and Positron Emission Tomography (PET), and together these neuroimaging techniques provide a detailed multimodal approach to the assessment of post-stroke neuroplasticity. With four controlled prospective studies, this thesis addresses direct and indirect microstructural and neuroinflammatory changes as they progress over time along infarct-affected fibres following subcortical ischaemic stroke of the Pyramidal tract (PT). Methods Patients with subcortical ischaemic stroke either affecting the PT (PT-group) or not (NonPT-group), as well as matched controls with Transient Ischaemic Attack (TIA), underwent both DTI and 11C-[R]-PK11195 PET at 3 weeks and 6 months post-stroke. From the DTI data, the PT (directly affected by the stroke), Callosal Motor Fibres (CMF; indirectly affected by the stroke) and Callosal Occipital Fibres (COF; not affected by stroke) were delineated using deterministic tractography. Fractional Anisotropy (FA) ratios (affected/unaffected hemisphere) were calculated for each tract. FA ratios (rFAPT; rFACMF; rFACOF) were compared within and between groups at both time-points, as well as anterograde and retrograde to the infarct. These ratios were then correlated with clinical outcome measures. From PET data, tracer uptake ratios (URs, affected/unaffected hemisphere) were determined for a set of standardised volumes of interest (VOIs) along the PT. These molecular markers of neuroinflammation were correlated with fibre tract integrity anterograde and retrograde to the infarct and with clinical outcome measures. Results DTI data analyses revealed that mean rFAPT in the PT-group was significantly lower than both NonPT and TIA groups initially and at follow-up, and correlated significantly with clinical outcome measures. PT-group rFACMF decreased over time. At follow-up, PT-group rFACMF was significantly lower than NonPT-group rFACMF and PT-group rFACOF. PT-group rFACMF at follow-up correlated with rFAPT retrograde to the infarct. PET data analyses revealed that PT-group uptake ratios were significantly increased at the level of the infarct and anterograde initially, but only anterograde to the infarct at follow-up. Anterograde uptake ratios were correlated with anterograde rFAPT at the initial time-point, whilst uptake ratios in the infarct were correlated with anterograde rFAPT only at follow-up. After controlling for PT damage, initial brainstem uptake ratios showed a positive correlation with clinical outcome, whereas follow-up uptake ratios in the infarct tended to be negatively correlated. Conclusions Overall, significant progressive changes in both microstructural and molecular neuroimaging parameters can be seen along fibres that have been either directly or indirectly affected by subcortical ischaemic stroke. Changes in fibre integrity, as modelled with DTI, are apparent both anterograde and retrograde to the ischaemic lesion, challenging the notion that decreased FA reflects Wallerian degeneration. This is underscored by the fact that decreases in FA are also apparent in regions with only indirect connections to the infarct. Molecular markers of neuroinflammation are present only in the area of the lesion itself and anterograde to the infarct and are therefore more likely to be associated with Wallerian degeneration. Taken together, DTI and PET provide a clinically meaningful assessment of neuroplasticity in the acute and chronic post-stroke phases. / Contexte Les recherches dans le domaine de la récupération suite à un accident vasculaire cérébral (AVC) suggèrent que les changements morphologiques comme moléculaires sont associés à des résultats cliniques. Ces changements peuvent être mesurés de façon non invasive chez l'être humain grâce à l'utilisation de l'Imagerie par Tenseur de Diffusion (ITD) et de la Tomographique par Émission de Positrons (TEP). Au travers de quatre études prospectives contrôlées, cette thèse s'attache à décrire les changements microstructuraux et neuroinflammatoires au cours de leur progression le long des fibres du Faisceau Pyramidal (FP) affectées par un AVC sous-cortical ischémique. Méthodes Des patients présentant un AVC ischémique sous-cortical, qu'il affecte le Faisceau Pyramidal (groupe FP) ou non (groupe NonFP), ainsi que des participants contrôles ayant présenté un Accident Ischémique Transitoire (AIT) se sont vu proposer des examens de ITD et TEP11C-[R]-PK11195 3 semaines et 6 mois après leur AVC. Concernant les données issues de l'examen par ITD, le FP (affecté directement par l'AVC), les Fibres Calleuses Motrices (FCM; affectées indirectement par l'AVC) et les Fibres Calleuses Occipitales (FCO; non affectées par l'AVC) furent délimitées grâce à l'utilisation de la tractographie. Les ratios (l'hémisphère affecté/non affecté) déterminés par l'Anisotropie Fractionnelle (AF) furent calculés. Ces ratios (rAFFP;rAFFCM; rAFFCO) furent comparés à 3 semaines puis 6 mois post-AVC et également analysés selon leur orientation (antérograde ou rétrograde) par rapport à la lésion, et mis en relation avec des résultats cliniques. Concernant les données issues de l'examen de TEP, le ratio d'absorption de la dose traceuse fut déterminé pour un ensemble de zones d'intérêt standardisées le long du FP. Ces marqueurs moléculaires de neuroinflammation furent mis en relation avec l'intégrité des faisceaux, ainsi qu'avec des résultats cliniques. Résultats Les analyses de l'ITD ont révélé que le ratio moyen rAFFP dans le groupe FP était significativement moins élevé que pour les groupes NonFP comme AIT, à 3 semaines et à 6 mois de l'AVC, et que cela était corrélé à des résultats cliniques. Le ratio rAFFCM du groupe FP a décru avec le temps. 6 mois post AVC, le ratio rAFFCM du groupe FP était significativement moins élevé que celui du groupe NonFP comme celui rAFFCO du groupe FP. Le ratio rAFFCM du groupe FP à 6 mois était corrélé à celui rAFFP rétrograde de la zone lésée. Les analyses des données issues de l'examen de TEP ont révélé que les ratios d'absorption du traceurétaient significativement plus élevés au niveau de la zone lésée et dans le sens antérograde 3 semaines post-AVC pour le groupe FP, mais uniquement dans le sens antérograde à la lésion 6 mois post-AVC. Les ratios dans le sens antérograde étaient corrélés avec le ratio rAFFP antérograde 3 semaines post-AVC, alors que les ratios dans la lésion étaient corrélés avec le ratio antérograde rAFFP seulement 6 mois post-AVC. Après avoir contrôlé la présence de dommages sur le faisceau pyramidal, les ratios initiaux d'absorption au niveau du tronc cérébral présentèrent une corrélation positive avec les résultats cliniques, bien que les ratios au niveau de la lésion tendaient à être négativement corrélés. Conclusions Dans l'ensemble, des changements significatifs concernant les fibres affectées directement ou indirectement par un AVC sous-cortical ischémique peuvent être observés au niveau morphologique comme moléculaire grâce à la neuroimagerie. Des changements dans l'intégrité de la fibre, comme démontrés par l'ITD, sont mis en évidence dans les directions antrérograde comme rétrograde à la zone cérébrale lésée, contestant ainsi la notion qu'une faible Anisotropie Fractionnelle reflète une dégénération Wallérienne. Les marqueurs moléculaires de neuroinflammation sont présents uniquement dans la zone lésée elle-même, et dans les fibres antérogrades.

Large-scale Canadian epidemiological studies have demonstrated that maternal obesity and excessive weight gain during pregnancy independently increase the child's risk of obesity, although the mechanisms involved in this 'metabolic imprinting' are still unclear. While programming by perinatal overnutrition has been shown to occur in hypothalamic circuits involved in the homeostatic control of energy balance, we have used an animal model of early overnutrition to examine the long-term consequences of early exposure to high-fat on mesolimbic dopamine (DA) function, hypothalamic-pituitary-adrenal (HPA) activity and DA-dependent feeding behavior. In our model, dams are placed on a 30% fat (high-fat) or 5% fat (control) diet from gestation day 13 to postnatal (PND) 22, when offspring are weaned from their mothers and maintained on the 5% control diet until testing in adulthood. The experiments presented in this thesis demonstrate that exposure to high-fat during the perinatal period alters the presynaptic regulation of mesolimbic DA and consequently, modifies the magnitude and pattern of the nucleus accumbens (NAc) DA response to amphetamine administration, the anticipation of high-fat food rewards and in response to stress. Early high-fat exposure also impairs adaptations in NAc DA and adrenocorticotropic hormone (ACTH) responses usually observed with repeated stress. One of the important behavioral consequences of early exposure to high-fat is increased operant responding for fat-enriched, but not sugar-enriched food rewards. We also show that the onset of functional ventral tegmental area (VTA) responsiveness to the anorectic hormone leptin occurs during the time of exposure to the high-fat diet and suggests that one of the possible mechanisms triggering long-term change in DA function with perinatal high-fat involves leptin-induced changes in VTA DA neuronal activity. These findings suggest that the life-long changes in eating patterns observed in offspring exposed to high-fat during early development are mediated, in part, by modifications in mesolimbic DAergic circuits. / Des études épidémiologiques canadiennes démontrent que l'obésité maternelle et le gain de poids excessif durant la grossesse qui entraînent un poids élevé à la naissance, augmente le risque d'obésité de l'enfant. Ces études suggèrent que l'environnement nutritionnel et hormonal durant le développement programme les circuits neuronaux impliqués dans l'équilibre énergétique. Bien que la programmation ait été observée dans les circuits hypothalamiques impliqués dans le contrôle homéostatique de l'équilibre énergétique, nous avons utilisé un modèle animal de surnutrition périnatale pour examiner les conséquences à long-terme d'une exposition précoce à une alimentation à haute teneur en gras, sur la fonction dopaminergique mésolimbique (DA), l'activité hypothalamo-hypophyso-surrénalienne (HHS) et le comportement alimentaire. Dans notre modèle, les mères sont soumises à un régime contrôle (5% de graisses) ou un régime alimentaire à haute teneure en graisses (30%), débutant à la 13e journée de gestation et se terminant à la journée postnatale 22. Les ratons sont ensuite sevrés et maintenus sur le régime contrôle de 5% jusqu'à l'âge adulte. Les expériences présentées dans cette thèse montrent que l'exposition à un régime à haute teneur en graisses pendant la période périnatale modifie la régulation présynaptique de DA mésolimbique et, par conséquent, modifie l'ampleur et la structure de la réponse dopaminergique du noyau accumbens (NAc) lors de l'administration d'amphétamine, de l'anticipation de récompenses alimentaires et de la réponse au stress. L'exposition précoce à une alimentation à haute teneur en graisses élimine également les adaptations des réponses du NAc DA et de l'hormone adrénocorticotropique (ACTH) qui sont généralement observées lors d'un stress répété. L'une des conséquences comportementales de l'exposition à ce régime alimentaire est une réponse opérante accrue à des récompenses alimentaires riches en gras. Nous montrons également que l'apparition de la réponse fonctionnelle de la région tegmentale ventrale (VTA) à l'hormone leptine anorexigène se produit pendant la période d'exposition à la diète riche en graisses et suggère que l'un des mécanismes probables du déclenchement de changements à long terme de la fonction DA pour les régimes périnataux à haute teneur en graisses implique des changements induits par la leptine dans l'activité neuronale du VTA DA. Ces résultats suggèrent que les changements en cours de vie des les habitudes alimentaires observées chez la progéniture exposée à un régime à haute teneur en graisses pendant le développement précoce sont attribuables, en partie, à des modifications dans les circuits DAergiques mésolimbiques.

Physiological homeostasis is maintained via the activation of autonomic and behavioural responses orchestrated by the activity of neurons located in the anterior hypothalamus. Specifically, magnocellular neurosecretory cells (MNCs) located within the periventricular and supraoptic nuclei release the peptide hormone vasopressin (VP) into the systemic circulation in an activity-dependent manner to induce antidiuresis in response to elevations in either systemic extracellular fluid osmolality or core body temperature. Intrinsic and extrinsic osmosensing and thermosensing mechanisms have been previously identified in a subset of anterior hypothalamic neurons. However, it remains unknown how integrated responses to thermal and osmotic stimuli are achieved in hypothalamic circuits that control MNC excitability and hence antidiuresis. We show herein evidence that local thermal signals can be detected and transduced into changes in MNC excitability via both intrinsic and extrinsic thermosensing mechanisms. In doing so, we propose potential mechanisms by which the integration of osmosensory and thermosensory signalling might lead to integrated control of VP release from MNCs in vivo. / L'homéostasie physiologique est maintenue par l'activation de réponses autonomes et comportementales via l'activité de neurones situés dans l'hypothalamus antérieur. Plus spécifiquement, les cellules magnocellulaires neurosécrétoires (CMNs) situés dans les noyaux périventriculaire et supraoptique relâchent la vasopressine (VP), une hormone peptidique, dans la circulation systémique suivant l'arrivée de potentiels d'actions dans le terminal axonal dans le but d'induire l'antidiurèse en réponse à une élévation de l'osmolalité systémique ainsi qu'à une hausse de température corporelle. Les mécanismes intrinsèques et extrinsèques de la thermosensibilité et de l'osmosensibilité ont déjà été identifiés dans une sous-population de neurones hypothalamiques anthérieurs. Toutefois, les mécanismes d'intégration de réponses aux stimuli thermiques et osmotiques qui prennent place dans les circuits hypothalamiques controlants l'excitation des CMNs et de l'antidiurèse sont toujours méconnus à ce jour. Nous aimerions donc démontrer que les signaux thermaux locaux peuvent être détectés et traduits par des changements d'excitabilité des CMNs via des méchanismes de thermosensation intrinsèques et extrinsèques. Ce faisant, nous proposons des mécanismes potentiels in vivo pour lesquels l'intégration de signaux osmosensibles et thermosensibles pourrait mener au contrôle intégré de la libération de VP depuis les CMNs.

High consumption of dietary salt is prevalent in our society today and has been linked to pathologies such as salt-sensitive hypertension. The mechanism by which high salt causes increases in blood pressure remains unclear. Vasopressin (VP) is a neurohypophyseal hormone proposed to be involved in the etiology of salt-sensitive hypertension, because (i) high plasma sodium following dietary salt consumption triggers its release and (ii) a sufficiently high circulating concentration of the hormone can cause vasoconstriction. Two factors have been identified to have a major inhibitory influence over VP release – hypoosmolality and baroreceptor activity. Taurine release from astrocytes triggered by hypoosmolality is thought to mediate an inhibitory tone on glycine receptors (GlyRs) present extrasynaptically in VP neurons, and presynaptic GABA release triggered by baroreceptor activation has been well-established to synaptically inhibit the activity of VP neurons via GABAA receptors. In rats, chronic hyperosmolality induces concurrent rises in plasma sodium and blood pressure. Interestingly, this condition is reported to cause several alterations in the supraoptic nuclei (SON) housing VP neurons, which may have a profound impact on the inhibitory mechanisms of these neurons. First, a collapse in the chloride gradient of SON neurons is observed during chronic hyperosmolality, potentially abolishing both GlyR- and GABAA receptor-mediated inhibitory inputs known to rely on the ionic gradient. Second, it is well-established that chronic hyperosmolality induces a retraction of astrocytic processes away from neurons in the SON, possibly removing all forms of communications between these two cell types including the hypothesized taurine-mediated GlyR tone. In this thesis, we tested the hypothesis that both types of inhibition in the SON are abolished as a result of these chronic hypernatremia-related changes, and the resulting lack of inhibition may contribute to a hyperexcitation of SON neurons and a consequent VP-mediated increase in blood pressure. We first present what we believe is conclusive evidence proving that taurine release from astrocytes is responsible for the hypoosmolality-sensitive GlyR tone on VP neurons, and further demonstrate the disappearance of this inhibition after chronic hypernatremia. We next demonstrate the effect of chronic hypernatremia on the morphology of SON astrocytes and how it impacts their physical and functional interactions with VP neurons. We then show that baroreceptor inhibition of VP neurons is also abolished under these conditions due to a collapse in the chloride gradient of these neurons. Finally, we show that the resulting removal of inhibition from both synaptic and glial sources contribute to increased excitability of VP neurons and thus induces a high level of circulating VP, which triggers systemic vasoconstriction and elevates blood pressure. In conclusion, we offer a central mechanism in which VP may contribute to the development and maintenance of salt-sensitive hypertension and raise its possibility as a potential treatment target. / La consommation excessive de sel alimentaire est un phénomène répandu dans notre société et elle mène à plusieurs pathologies telles que l'hypertension sensible au sel. Le mécanisme par lequel une forte teneur en sel entraîne une augmentation de la pression artérielle demeure incertain. La vasopressine (VP) est une hormone neurohypophysaire que l'on croit être impliquée dans l'étiologie de l'hypertension sensible au sel. En effet, suite à une consommation de sel, il y a une augmentation de sodium plasmatique qui déclenche l'excrétion endocrine de VP et qu'une concentration suffisamment élevée de cette hormone dans le plasma sanguin peut provoquer une vasoconstriction. La libération de VP est inhibée par hypoosmolalité et l'activité des barorécepteurs. Dans les neurones VP, l'activité basale inhibitrice et hypoosmo-sensible médiée par les récepteurs de la glycine (GlyRs) extrasynaptiques est supposée provenir de la taurine qui est libérée par les astrocytes avoisinants. De plus, le rôle des récepteurs GABAA a été bien établi pour l'inhibition des neurones VP par les barorécepteurs. Chez le rat, le traitement hyperosmotique chronique induit à la fois une hausse de sodium plasmatique et de la pression artérielle. Fait intéressant, ce traitement conduit à deux modifications dans les noyaux supra-optiques (SON) contenant ces neurones VP, qui peuvent profondément influer sur les mécanismes inhibiteurs de ces neurones. Tout d'abord, il y a un atténuation du gradient du chlore dans ces neurones, qui peut conséquemment inhiber les deux mécanismes qui s'appuient sur des canaux perméables au chlore. Deuxièmement, les astrocytes rétractent leur processus loin des neurones du SON, supprimant ainsi toutes communications entre ces deux types de cellules, y compris l'hypothèse concernant l'activité basale des GlyR médiée par la taurine. Dans cette thèse, nous avons testé l'hypothèse que ces deux types d'inhibition dans le SON sont abolis à la suite de ces deux changements induit par l'hypernatrémie chronique, et que l'absence d'inhibition qui en résulte peut contribuer à une hyperexcitation des neurones du SON et donc à une augmentation de la pression artérielle médiée par la VP. Nous démontrons tout d'abord que la libération de taurine à partir d'astrocytes est responsable de l'activité basale inhibitrice et hypoosmo-sensible médiée par les GlyRs sur les neurones VP et qu'il y a une disparition de cette inhibition après une hypernatrémie chronique. Nous démontrons ensuite l'impact de cette condition sur la morphologie des astrocytes et de leurs interactions avec les neurones VP. Nous démontrons ensuite que l'effet inhibiteur des barorécepteurs sur les neurones VP est également supprimé en raison de l'atténuation du gradient de chlore dans ces neurones. Enfin, nous montrons que la perte d'inhibition par les sources synaptiques et gliales, contribue à augmenter l'excitabilité des neurones VP, ce qui se traduit par une augmentation de la pression artérielle médiée en partie par une vasoconstriction systémique induite par la VP. En conclusion, nous proposons un mécanisme central dans lequel la VP peut contribuer au développement et au maintien de l'hypertension sensible au sel et à considérer sa possibilité comme une cible thérapeutique potentielle.