Chez les primates, les interneurones GABAergiques qui expriment la calrétinine (CR) sont les interneurones les plus abondants du striatum. Pourtant, à ce jour, leur rôle reste encore mal connu. L’utilisation de techniques d’immunohistochimie en association avec des modèles animaux de la maladie de Parkinson, nous a permis de mieux caractériser ces interneurones. Une première série de travaux décrit pour la toute première fois la distribution et la composition neurochimique des interneurones CR+ chez la souris en condition normale. Ces données ont été directement comparées aux caractéristiques des interneurones CR+ chez les primates humains et non humains. Chez la souris, deux types morphologiques d’interneurones CR+ sont présents : l’un petit et l’autre de taille intermédiaire ; ils se répartissent de manière hétérogène dans le striatum dorsal. Chez le singe et l’humain, trois types morphologiques d’interneurones CR+ existent. En effet, en plus d’interneurones CR+ de petite taille et de taille intermédiaire, il existe des interneurones CR+ de grande taille qui appartiennent en majorité à la catégorie des interneurones cholinergiques du striatum. L’utilisation d’un modèle de souris transgénique Drd1a-tdTomato/Drd2-EGFP (D1/D2) a permis de confirmer que les interneurones cholinergiques exprimaient le récepteur à la dopamine (DA) D2 et de démontrer que les interneurones CR+ chez la souris sont dépourvus des récepteurs D1 et D2. Dans une seconde série de travaux, nous avons cherché à savoir comment la distribution et la composition neurochimique des interneurones CR+ étaient affectées dans le modèle murin de la maladie de Parkinson. Du côté de la lésion 6- hydroxydopamine (6-OHDA), les souris présentent une forte dénervation DAergique du striatum, l’une des principales caractéristiques de la maladie de Parkinson. Dans ces circonstances, seule la densité des interneurones CR+ de taille intermédiaire, dont 13 % apparaissent immunoréactifs pour la tyrosine hydroxylase (TH), est significativement diminuée dans le striatum dorsal. Bien que le noyau accumbens (Acb) subisse également une forte baisse de son innervation DAergique induite par la lésion 6-OHDA, les interneurones CR+ présents dans l’Acb, dont certains sont aussi immunoréactifs pour la calbindine (CB), ne sont pas affectés en terme de nombre et de distribution. La troisième série de travaux nous a permis de reproduire ces analyses chez le primate grâce à l’utilisation du modèle animal de la maladie de Parkinson par intoxication au 1-méthyl-4-phényl-1,2,3,6-tétrahydropyridine (MPTP). Les résultats indiquent que la densité des interneurones CR+ de grande taille est fortement accrue dans le striatum des animaux intoxiqués par le MPTP. Cette forte augmentation de la densité des interneurones CR+ de grande taille est couplée à une augmentation significative de la proportion d’interneurones ChAT+/CR+. L’ensemble de ces données suggère fortement que les interneurones striataux CR+ soient sensibles à une diminution de la concentration en DA dans le striatum dorsal, qui caractérise la maladie de Parkinson. Finalement, une quatrième série de travaux nous a permis de découvrir un regroupement de cellules de petite taille et au phénotype D1 au sein même de l’Acb chez la souris D1/D2, suggérant l’existence d’un nouvel îlot de Calleja dans cette région du cerveau. / In the primate striatum, GABAergic neurons that express calretinin (CR) are the most abundant interneurons. Their role within this major basal ganglia component is still unknown. Immunohistochemical techniques used in animal models of Parkinson’s disease allowed us to better characterize these interneurons. A first series of studies enabled us to provide the very first description of the distribution and neurochemical phenotype of the CR+ interneurons in mice striatum, under normal condition. Data was compared to similar findings that were gathered in human and non-human primates. In mice, two morphological phenotypes of CR+ interneurons are present: (1) small and (2) medium-sized CR+ interneurons, both distributed in a heterogeneous way within the dorsal striatum. In primates (both human and non-human), three morphological phenotypes of CR+ interneurons are present within the striatum. In addition to small and medium-sized CR+ interneurons, primates display large-sized CR+ interneurons, which mostly belong to the cholinergic interneurons of the striatum. The use of a double transgenic mouse model Drd1a-tdTomato/Drd2-EGFP (D1/D2) confirmed that the cholinergic interneurons express the dopaminergic (DA) receptor D2, while CR+ interneurons are devoid of D1 and D2. In a second study, we investigated how the distribution and the neurochemical phenotype of the CR+ interneurons are affected in the 6-hydroxydopamine (6-OHDA) mouse model of Parkinson’s disease. In the lesioned striatum, these mice displayed a strong DAergic depletion, one of the main hallmarks of Parkinson’s disease. Under these circumstances, only the density of the medium-sized CR+ interneurons, 13 % of which are immunoreactive for the tyrosine hydroxylase (TH), was decreased within the dorsal striatum. In the accumbens nucleus (Acb), the number and distribution pattern of CR+ interneurons, which are also immunoreactive for calbindin (CB), were not affected, despite that the Acb was also significantly depleted in DA. In a third study, the state of the CR+ striatal interneurons was investigated in a simian model of Parkinson’s disease, involving 1-methyl-4-phenyl-1,2,3,6-tetrahydropyridine (MPTP) intoxication. Results indicate that the density of the large-sized CR+ interneurons is dramatically increased within the striatum of MPTP-intoxicated animals. This increase goes along with higher proportion of cholinergic interneurons expressing CR. Altogether, our data suggest that the CR+ interneurons are sensitive to a decrease of the DAergic level in the striatum that characterizes Parkinson’s disease. Finally, a detailed analysis of the Acb in the D1/D2 mice allowed us to detect the presence of a novel island of Calleja located within this brain region.

L'atrophie du striatum causée par la dégénérescence massive des neurones épineux de projection de cette composante des ganglions de la base est la caractéristique neuropathologique la plus frappante de la maladie d'Huntington (MH). Même si cette pathologie épargne la plupart des interneurones striataux, nous ne disposons que de très peu d'information concernant le sort des interneurones géants exprimant la calrétinine dans la MH. Notre objectif était donc de caractériser le phénotype chimique de ces neurones, de les dénombrer et de cartographier leur distribution dans le striatum de sujets normaux et de patients atteints de la MH. Les techniques de double immunofluorescence utilisant des anticorps dirigés contre la calrétinine (CR) et la choline acétyltransférase (ChAT), ont permis de visualiser les neurones à calrétinine géants et d'étudier leur niveau de colocalisation avec la ChAT. Trois types d'interneurones géants ont été visualisés dans le striatum d'individus sains : a) Les neurones exprimant uniquement la CR; b) les neurones exprimant la CR et la ChAT ; et c) les neurones exprimant uniquement la ChAT. Les neurones CR+/ChAT+ étaient plus nombreux que les neurones exprimant ChAT seulement, eux-mêmes plus nombreux que les neurones exprimant CR uniquement. La densité des neurones CR+/ChAT+ et CR-/ChAT- était diminuée de moitié dans le striatum des patients atteints de la MH comparés aux contrôles. Cette diminution suggère que ces neurones sont affectés par la MH. Cependant des études effectuées à l'aide d'un anticorps contre le récepteur à substance P, neurokinine-1 (NK-1R), comme marqueur des interneurones géants exprimant la CR et ChAT, indique que ces neurones sont sélectivement épargnés par le processus dégénératif de la MH. Ainsi, l'apparente diminution du nombre de neurones CR+/ChAT+ et CR-/ChAT+ ne semble pas être la conséquence d'une dégénérescence neuronale, mais plutôt d'une diminution de l'expression de ces deux protéines. Nos résultats indiquent que les processus dégénératifs impliqués dans la MH affectent l'expression des protéines CR et ChAT par les interneurones géants, sans causer la mort de ceux-ci. / The severe atrophy of the striatum that characterizes Huntington's disease (HD) is due to massive losses of striatal medium spiny projection neurons. In contrast, interneurons are relatively spared in HD, but little is known of the fate of the large interneurons that express calretinin (CR) in HD. We addressed this issue by applying a double immunofluorescent labeling technique to post-mortem material obtained from HD patients and age-matched controls. Antibodies against CR and choline acetyltransferase (ChAT) were used to compare the distribution, density and degree of ChAT co-localization of the CR+ striatal interneurons in normal and HD cases. The normal human striatum was found to contain 3 types of large interneurons: a) neurons expressing CR only; b) neurons displaying ChAT only; and c) neurons co-expressing CR and ChAT. The CR+/ChAT+ neurons outnumbered neurons expressing ChAT only, which were themselves more numerous than neurons displaying CR only. A two-fold decrease in the density of CR+/ChAT+, CR-/ChAT+ occurred in the striatum of HD patients compared to that of controls, suggesting that these neurons are affected in HD. However, studies undertaken with neurokinine-1 receptor NK1R as a marker of large CR+ and ChAT+ neurons revealed that these striatal neurons are selectively spared in HD patients. Hence, the apparent decrease in the number of CR+/ChAT+, CR-/ChAT+ neurons in HD does not appear to result from a degeneration of these cells, but rather from a marked diminution of the expression of CR and ChAT. Our data indicate that the neurodegenerative processes at play in HD affect the expression of CR and ChAT proteins without causing the death of these large striatal interneurons.

Le bulbe olfactif (BO) est un réseau neuronal complexe qui traite et transfert les informations olfactives aux structures corticales supérieures. Le réseau bulbaire est composé d’une large population de cellules granulaires (CGs) GABAergiques qui sont continuellement renouvelées tout au long de la vie de l’animal. Cette population peut exprimer différents marqueurs neuronaux comme la calretinine (CR+) et la CaMKIIα (CaMKIIα+), mais jusqu’à présent les études ayant eues pour but de comprendre le rôle des CGs dans le BO n’ont pas pris en considération cette hétérogénéité. Cependant, il est possible que différentes sous-populations de CGs présentent des propriétés morpho-fonctionnelles différentes et jouent un rôle spécifique dans le comportement olfactif. Ici nous comparons les caractéristiques morphologiques et eléctrophysiologiques des cellules CR+ générées chez l’adulte versus les cellules qui ne n’expriment pas la calretinine (CR−), ainsi que des cellules CaMKIIα+ générées chez l’adulte versus les cellules qui ne l’expriment pas (CaMKIIα−). Nous démontrons que les CGs CR+ et les CGs CaMKIIα+ présentent des morphologies similaires mais reçoivent moins de courants inhibiteurs que les cellules négatives. Nous révélons également qu’au sein d’une même souspopulation, des cellules générées pendant le développement ou bien générées chez l’adulte ont les mêmes propriétés morpho-fonctionnelles. De plus, nous démontrons par quantification de l’expression de gènes à expression précoce immédiate ainsi que par l’inhibition de sous-populations de CGs à l’aide d’outils pharmacogénétiques combiné à des tests de comportement l’implication spécifique des cellules CR+ et des cellules CaMKIIα+ dans la discrimination olfactive spontanée et suite à un apprentissage associatif. Dans le dernier chapitre de la section Résultat, nous révélons l’existence d’une nouvelle forme de plasticité structurelle présente uniquement sur les CGs générées chez l’adulte, permettant la formation de nouvelles synapses dans un lapse de temps très court. Nous montrons que les épines disposent de fins filopodes sur leurs têtes qui scrutent l’environnement et induisent une relocalisation des épines dépendamment de l’activité. Nous montrons également que ce phénomène dépend de l’activation des récepteurs AMPA et TrkB se trouvant sur les CGs par le glutamate et le BDNF libéré par les cellules mitrales. / The olfactory bulb (OB) is a complex neuronal network which processes and transfers olfactory information to higher cortical structures. The bulbar network is composed of a large population of GABAergic granule cells (GCs) which is continuously renewed throughout animal lifetime. This population can express diverse neurochemical markers such as calretinin (CR) and CaMKIIα, but so far most of the studies that aimed to unveil the role of GCs in the OB and odor behaviors didn’t take into consideration this heterogeneity. However, it is possible that different subpopulations of GCs display different morpho-functional properties and play specific roles in olfactory behaviors. Here we compared morphological and electrophysiological characteristics of adult-born CR-expressing cells versus CR-non expressing cells, as well as CaMKIIα-expressing cells versus CaMKIIαnon expressing cells. We showed that CR-expressing and CaMKIIα-expressing GCs display similar morphological properties but receive less inhibitory inputs than their respective negative counterparts. I also revealed that among the same subpopulation, cells generated during brain development or adulthood, display the same morpho-functional properties. In addition, we demonstrated by immunostaining for early-immediate gene markers as a proxy of neuronal activity and pharmacogenetic inhibition of GC subpopulations combined with behavioral tasks, the specific implication of CR- and CaMKIIα-expressing cells in spontaneous and odor-associative learning discrimination. In the last chapter in Result section, we revealed the existence of a new form of structural plasticity occurring in adult-born, but not early-born GCs, in a very short time. We showed that spines display thin filopodia on their heads which scrutinize the microenvironment and induce spine relocation in an activity-dependent manner. We also revealed that this phenomenon depends on activation of AMPA and TrkB receptors located on GCs by glutamate and BDNF released by active mitral cells.

Les cellules souches neurales (CSNs) de la zone sous-ventriculaire (ZSV) présentent une activité germinale intense tout au long de la vie d'un individu. Les CSNs postnatales sont régionalisées en microdomaines exprimant des facteurs de transcription spécifiques et générant des sous-types neuronaux distincts dans le bulbe olfactif (BO). Les interneurones calrétinine (CalR+) représentent la plus grande population d'interneurones périglomérulaires (PG) du BO produits après la naissance. Cependant, contrairement à d'autres, il existe peu d'informations concernant leur origine, leur diversité et leur fonction dans le BO, ainsi que les facteurs de transcription impliqués dans leur génération. Des études antérieures ont mis en évidence que les interneurones CalR + PG sont générés à la fois par les microdomaines médial et dorsal de la ZSV, et ont suggéré que le facteur de transcription Sp8 serait impliqué dans leur génération. Ce travail de thèse a eu pour objectif : 1) d'affiner les approches actuelles afin de manipuler l'expression génique dans les CSNs de la ZSV postnatale d'une manière contrôlée temporellement, 2) d'explorer l'origine et la fonction des interneurones CalR + périglomérulaires, 3) d'étudier le rôle du facteur de transcription Sp8 dans le codage transcriptionnel de la spécification des interneurones CalR + périglomérulaires ainsi que leur maturation. Ainsi, une approche d'électroporation postnatale classique a été affinée afin de pouvoir manipuler l'expression des gènes dans les CSNs de la ZSV et ainsi permettre de cartographier le devenir à long terme de la progénie des CSNs et de manipuler génétiquement ces CSNs à une étape précise de leur différentiation. Le perfectionnement de cette approche a permis d'identifier deux sous-populations d'interneurones CalR + présentant des origines spatiales et temporelles différentes après la naissance, ainsi que d'explorer les implications fonctionnelles et morphologiques de cette diversité. Ainsi, une fraction importante et non décrite d'interneurones CalR + PG présente des propriétés de neurones immatures (c'est-à-dire qu'elle reçoit peu d'entrées synaptiques et est faiblement excitable), remettant en question leur rôle dans le traitement de l'information olfactive. Enfin, des manipulations génétiques du facteur de transcription Sp8 à divers stades de la différenciation des interneurones CalR+ ont mis en évidence son rôle dans la survie à long terme des interneurones CalR + PG matures, tout en excluant un rôle dans leur spécification précoce. Ces résultats amène ainsi un éclairage nouveau sur l'origine, la diversité et le codage transcriptionnel des interneurones CalR + PG et appellent à une caractérisation plus précise de leur rôle dans le traitement de l'information olfactive / The subventricular zone (SVZ) is a brain region that shows intense germinal activity throughout postnatal life. The postnatal SVZ is subdivided in microdomains containing neural stem cells (NSCs) that express defined transcription factors and generate distinct neuronal subtypes in the olfactory bulb (OB). Calretinin-expressing (CalR+) interneurons represent the largest population of OB periglomerular interneurons produced after birth. Yet, in contrast to others, limited information exists regarding their origin, diversity and function in the OB, as well as the transcription factors that guide their generation. Previous studies highlighted that CalR+ PG interneurons are generated by both the medial and dorsal SVZ microdomains, and suggested that the transcription factor Sp8 is involved in their generation.This work aimed at 1) refining current approaches for manipulating gene expression in postnatal SVZ NSCs in a temporally controlled manner, 2) exploring the origin and the function of CalR+ periglomerular neurons, 3) investigating the role of Sp8 in the transcriptional coding of CalR+ periglomerular interneurons specification and maturation.Refinement of the classical electroporation approach allowed the long-term fate mapping and timely-controlled genetic manipulation of NSCs of the SVZ. Using this refined approach allowed identifying two subpopulations of CalR+ interneurons that show different spatial and temporal origins after birth, as well as to explore the functional and morphological correlates of this diversity. A large and previously non-described fraction of CalR+ periglomerular interneurons exhibits properties of immature neurons (i.e. little synaptic inputs and weak excitability), questioning their role in olfactory processing. Finally, genetic manipulations of the transcription factor Sp8 at different stages during CalR+ interneuron differentiation highlighted its role in the long-term survival of mature CalR+ periglomerular interneurons, while excluding a role in their early specification. Altogether these results shed new lights on the origin, diversity and transcriptional coding of CalR+ periglomerular i nterneurons and call for a characterization of their role in olfactory processing