Le bon fonctionnement des réseaux neuronaux dépend des interactions entre les neurones et les cellules gliales. Alors que de nombreux efforts ont été faits pour comprendre les interactions entre les neurones, moins est connu sur la nature des interactions entre les cellules gliales ; ceci est due à la complexité du système nerveux des vertébrés, qui comprend plus de cellules gliales que de neurones. Cependant, le système nerveux de la drosophile à un rapport neurones-cellules gliales faible, ce qui fait de cet animal simple un modèle idéal pour évaluer ce concept. J’ai utilisé des approches génétiques à résolution cellulaire pour disséquer les mécanismes cellulaires et moléculaires de la migration collective des cellules gliales in vivo. En résumé, mes données révèlent les bases du mécanisme contrôlant la migration cellulaire collective : 1) les cellules du front de migration interagissent entre elles en amont et en aval et 2) N-cad est nécessaire pour une migration optimal de la glie. / The functionality of the complex neural network depends on the interactions between neurons and glia. While many efforts have been made to understand the neuron-neuron interactions, less is known about those amongst glial cells. Due to the complexity of the vertebrate nervous system, which comprises manifold more glia than neurons, it is hard to tackle the role of glia-glia interactions. The nervous system of Drosophila, however, has a lower glia-neuron ratio, which makes this simple animal an ideal model. I use genetic approaches at cellular resolution to dissect the cellular and molecular mechanisms of glial collective migration in vivo. In Sum, I have shown some basic mechanism controlling collective cell migration: 1) cells at the front of the collective interact with each other through anterograde and retrograde bidirectional interaction. 2) N-cad appears necessary for timely movement of glial community.

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

Les mécanismes développementaux qui spécifient le nombre et le phénotype laminaire des neurones du cortex cérébral jouent un rôle essentiel dans l’établissement de la cytoarchitecture corticale. Le nombre de neurones dans chaque couche d'une aire donnée est déterminé par le taux de production neuronale, qui dépend étroitement de l'équilibre entre les divisions prolifératives et différenciatives. Des observations clés suggèrent que la durée de la phase G1 (TG1) ferait partie intégrante d'un mécanisme cellulaire régulant le mode de division des précurseurs du cortex. Nous avons testé cette hypothèse par l'accélération expérimentale de la progression dans la phase G1 de précurseurs corticaux de souris in vivo, via la surexpression des cyclines E1 et D1. A E15, la réduction de TG1 promeut la rentrée dans le cycle cellulaire aux dépens de la différenciation neuronale, résultant en une modification de la cytoarchitecture du cortex adulte. Des données de modélisation confirment que les effets induits par la réduction de TG1 sont médiés par des changements du mode de division. Les effets de la surexpression des cyclines E1 et D2 à E13 sont plus modérés qu'à E15, indiquant des différences intrinsèques entre les précurseurs corticaux précoces et tardifs. La mesure des phases du cycle cellulaire des populations de précurseurs corticaux à l’aide de différentes techniques révèle un niveau important d’hétérogénéité et souligne la nécessité de prendre en compte la diversité des précurseurs co‐existant dans les zones germinales du télencéphale. / In the cerebral cortex, area‐specific differences in neuron number and phenotype are distinguishing features both within and across species. The developmental mechanisms that specify the number of neurons and their laminar fate are instrumental in specifying cortical cytoarchitecture. Neuron number in layers and areas correlate with changes in the rate of neuron production, largely determined by the balance between proliferative and differentiative divisions in cortical precursors. Key observations suggest a concerted regulation between the duration of the G1 phase (TG1) and mode of division and have led to the hypothesis that TG1 could be an integral part of a cellular mechanism regulating the mode of division of cortical precursors. To test this hypothesis we experimentally accelerated TG1 in mouse cortical precursors in vivo, via the forced expression of cyclinE1 and cyclinD1. At E15, TG1 reduction promoted cell‐cycle re‐entry at the expense of differentiation and led to cytoarchitectural modifications. Modeling confirms that the TG1‐induced changes in neuron production and laminar fate are mediated via the changes in the mode of division. Forced expression of G1 cyclins was also applied to early cortical precursors. The effects of cyclinD1 and cyclinE1 up‐regulation at E13 were milder than those observed at E15, pointing to intrinsic differences between early and late cortical precursors. The used of various techniques to measure cell‐cycle kinetics in distinct precursor populations underlined the necessity of taking the full diversity of neural precursors co‐existing in the GZ of the telencephalon into account when performing cellcycle kinetics analysis.

Dans les pays industrialisés, les pathologies oculaires à composante vasculaires, que ce soit la rétinopathie du prématuré (ROP), la rétinopathie du diabétique ou la dégénérescence lié à l’âge, représentent la première cause de cécité respectivement chez l’enfant, l’adulte et la personne âgée. Plusieurs études sur l’homme ou sur des modèles animaux ont souligné le rôle crucial joué des acides gras polyinsaturés (AGPI) au cours de ces rétinopathies et notamment l’action préventive des acides gras polyinsaturés oméga 3 (AGPI n-3) sur l’angiogenèse pathologique. Ces AGPI sont estérifiés dans les glycérophospholipides constituant les membranes cellulaires. On les retrouve également dans une classe particulière de glycérophospholipides, les plasmalogènes. La particularité des plasmalogènes réside dans leur liaison vinyl-éther en position sn-1 au lieu d’une liaison ester dans les autres glycérophospholipides. Les AGPI sont libérés des plasmalogènes par une phospholipase indépendante au calcium, la iPLA2, pour devenir des métabolites actifs. Les plasmalogènes via la libération des AGPI joueraient un rôle dans la mise en place et la maturation du réseau vasculaire rétinien et ce, notamment grâce à la bonne mise en place du réseau astrocytaire. Les astrocytes et les cellules de Müller sont les cellules macrogliales qui servent de soutien physique et métabolique à la rétine. De plus, les cellules de Müller participent au métabolisme des lipides. L’objectif de ce travail de thèse a été d’évaluer l’implication des plasmalogènes dans le métabolisme des cellules de Müller et des astrocytes mais aussi dans la communication entre ces cellules macrogliales. Nous avons également étudié le profil lipidique d’enfants prématurés pour mettre en évidence de potentielles altérations du métabolisme des plasmalogènes chez des nouveau-nés développant une rétinopathie à composante vasculaire, la rétinopathie du prématuré (ROP). Pour ce faire nous avons étudié les effets d’une diminution en plasmalogènes et/ou en iPLA2 sur des cellules de Müller en culture primaire après avoir préalablement vérifié l’expression de l’enzyme clef de la biosynthèse des plasmalogènes. Nous avons ensuite étudié les effets d’une diminution des teneurs en plasmalogènes sur la communication calcique entre les cellules de Müller et les astrocytes. Nos résultats ont montré que les cellules de Müller expriment l’enzyme-clé de synthèse des plasmalogènes et que ces cellules sont plus riches en plasmalogènes que la rétine entière. Les plasmalogènes seraient impliqués dans le contrôle de la migration des cellules de Müller par l’action de la voie ERK1/2 MAPK. Ces effets ne semblent pas passer par la libération des AGPI. De plus nos résultats suggèrent une dégradation de la communication entre les astrocytes et les cellules de Müller en cas de diminution des teneurs en plasmalogènes dans les cellules de Müller. Enfin chez l’homme nous avons mis en évidence une accumulation des AGPI n-6 au détriment des AGPI n-3 dans les érythrocytes des enfants développant une rétinopathie du prématuré et inversement dans le groupe d’enfants prématuré contrôle. L’ensemble de ces travaux confirme l’importance du métabolisme lipidique, et plus particulièrement celui des plasmalogènes, sur le fonctionnement de la rétine. / Retinal vascular disorders such as retinopathy of prematurity (ROP), diabetic retinopathy or age-related macular degeneration represent the first cause of vision loss at all ages in industrialized countries. Many epidemiological or animal studies have shown the involvement of polyunsaturated fatty acids (PUFA) in the regulation of vascular development and more specifically the beneficial properties of omega 3 PUFA (n-3 PUFA) against pathological vascularization. Those PUFA are esterified on glycerophospholipids (GP). GP are the primary constituents of the lipid bilayer of cell membranes. PUFA can be also esterified on a specific class of GP, called plasmalogens. Plasmalogens are characterized by the presence of a vinyl ether linkage at the sn-1 position of glycerol instead of an ester linkage as seen in other GP. PUFA are released from plasmalogens by a calcium-independent phospholipase (iPLA2). Free PUFA can be converted into biologically active metabolites. Plasmalogens may have an impact on the development and the maturation of retinal vascular network through the PUFA they release through the control of astrocyte template formation prior to vessel formation. Astrocytes and Müller cells are macroglials cells providing physical and metabolic supports to the retina. Müller cells are key actors of the retinal lipid metabolism. The aim of this work was to evaluate the involvement of plasmalogens in Müller cells and astrocytes metabolism as well as in the ability of these cells to communicate. On one hand, we have studied the effects of a decrease in plasmalogen biosynthesis and/or in iPLA2 activity on Müller cell physiology. Müller cells express a biosynthesis key enzyme of plasmalogen and reducing the biosynthesis of plasmalogens affects Müller cell ability to migrate through the ERK1/2 MAPK signalling. In a second series of studies, we studied the repercussions of such modifications on Müller cell physiology on their ability to communicate with retinal astrocytes through calcium signalling. Our results suggest that affecting plasmalogen metabolism in Müller cells alters the communication between astrocytes and Müller cells. Finally, and in order to investigate whether plasmalogen metabolism may be modified in a human disease displaying abnormal retinal vascular development, we performed a lipidomic study of circulating lipids in infants affected by retinopathy of prematurity. ROP was characterized by the accumulation of n-6 PUFA at the expense of n-3 PUFA, these changes being associated to plasmalogens. All these experiments confirm the importance of lipid metabolism, and especially plasmalogens, on the retina functioning.

La stimulation haute fréquence (SHF) du noyau sous-thalamique (NST) est un traitement efficace dans l'abolition des symptômes moteurs de la maladie de Parkinson. Cependant, les mécanismes cellulaires et moléculaires qui sous-tendent ces effets sont encore loin d'être élucidés. Le laboratoire avait précédemment montré que la SHF du NST entraîne une augmentation des taux extra cellulaires de glutamate et de GABA chez les animaux éveillés ou anesthésiés dans une des principales structures cibles du NST, la substance noire réticulée (SNr). Au niveau de la SNr, les données suggèrent que la régulation de l'activité des neurones nigraux est due à la mise en œuvre conjointe d'une excitation des neurones glutamatergiques du NST et une implication des fibres de passages GABAergiques provenant du GPe et passant au voisinage de la zone sous-thalamique stimulée. L'objectif de ce travail de thèse est d'étudier l'implication des cellules gliales dans les réponses cellulaires de la SNr, sous stimulation du NST, et repose sur la mise en place d'une technique d'imagerie sur tranches de cerveau de rat adultes. Les tranches horizontales de cerveau contiennent à la fois le NST et la SNr, avec un maintien des connexions glutamatergiques subthalamonigrales.<br />Dans un premier temps, nous avons montré par immunohistochimie que la SNr contient 32% de neurones pour 68% de cellules gliales. Par la suite, nous avons montré que la SHF du NST induit une réponse calcique dans environ 12% des cellules gliales de la SNr. Ces réponses calciques enregistrées dans les cellules gliales impliquent à la fois du glutamate, du GABA et de l'ATP libérés dans la SNr lors de la SHF du NST. Cette étude a donc permis de montrer que les transmetteurs libérés dans la SNr sous l'effet de la SHF du NST, comme le glutamate et le GABA, peuvent activer les cellules gliales de cette structure. Elle a également permis de mettre en évidence la libération au sein de la SNr, d'un des principaux gliotransmetteurs, l'ATP. Ainsi, les cellules gliales de la SNr répondent à la SHF du NST, et il est probable qu'elles soient impliquées dans la modulation de l'activité neuronale de cette structure.

Chez le mammifère la fonction de reproduction est sous le contrôle des neurones hypothalamiques à GnRH-I. Au cours du développement embryonnaire ces neurones migrent de la fosse nasale vers le cerveau. De nombreuses études s’intéressent aux facteurs impliqués dans leur migration, mais l’influence de leur environnement cellulaire est très peu étudiée. Nous avons émis l’hypothèse que les neurones à GnRH-I d’origine extra-cérébrale possèdent un environnement gliale nécessaire à leur migration, connaissant le rôle de ces cellules dans l’ontogenèse neuronale du cerveau. Nos résultats montrent que 1) les neurones à GnRH-I sont associés à des cellules gliales au cours de leurs migrations nasale et télencéphalique 2) ces cellules gliales sont des progéniteurs des cellules gliales olfactives engainantes qui se différencient dans les régions rostrales au cours de la migration neuronale. 3) ces cellules expriment des gènes codant pour des facteurs impliqués dans la migration de ces neurones. 4) le transcriptome de ces cellules gliales est perturbé en présence d’un perturbateur endocrinien œstrogèno-mimétique, et touche des familles de gènes impliquées dans les molécules d’adhésions cellulaires nécessaire à la migration et à la régulation de l’activité des neurones à GnRH-I. / GnRH-I cells control reproduction functions in mammals. These cells are extra cerebral since they come from the nasal pit and migrate to the forebrain during embryonic development. Numerous studies have described the influence of different molecules on the migration of GnRH-1 neurons, however, the role of microenvironment cells remains poorly understood. Considering the role of glial cells in the forebrain’s neuronal migration, we had hypothesized that extra-cerebral GnRH-I neurons possess a glial environment necessary for their migration from the nose to the brain. Our results demonstrated that 1) GnRH-I neurons are associated with glial cells during their migration in the nasal septum and forebrain 2) These glial cells are progenitors of olfactory ensheathing cells, and differentiated within the rostral regions during neuronal migration. 3) These cells express genes encoding factors involved in GnRH-I neurons migration 4) Glial cells transcriptome are disrupted with estrogen-mimicking endocrine disruptor, and affects gene families involved in cell adhesion molecules necessary for migration and activity regulation of GnRH-I neurons

Notre approche biomimétique permet de régénérer une dent entière. Un protocole en deux étapes à partir de réassociations de cellules dentaires embryonnaires permet le développement de la couronne in vitro et, après implantation, la différenciation fonctionnelle des cellules, l’initiation du développement radiculaire et la vascularisation dentaire. Cependant, l’absence d’innervation a nécessité des expériences complémentaires :- La co-implantation de réassociations cellulaires avec un ganglion trigéminal permet la croissance d’axones autour de la dent formée, mais pas dans le mésenchyme dentaire.- Pour tenter de résoudre ce problème, la régénération axonale a été testée dans un contexte immunodéprimé en utilisant la cyclosporine A (CsA). Dans ces conditions, des fibres nerveuses entrent dans la pulpe dentaire, jusqu’aux odontoblastes. Cependant, la CsA a aussi un effet direct sur la croissance axonale.- Des co-implantations chez des souris immunodéprimées (Nude) montrent que l’immunomodulation seule suffit pour l’innervation de la dent.- Dans la dent, les axones assurent différentes fonctions en interagissant avec les cellules voisines. Les relations entre axones et autres cellules (odontoblastes, cellules endothéliales, péricytes et cellules gliales) ont été analysées dans les mésenchymes dentaire et péri-dentaire de réassociations implantées et comparées à ce que l’on observe pour une molaire physiologique à un stade similaire.Ce travail décrit les conditions permettant l’innervation des dents régénérées. Des expériences préliminaires encourageantes ont été réalisées avec des cellules souches pour remplacer la CsA. / Our biomimetic approach allowed the regeneration of a whole tooth. Using embryonic dental cells, a two-steps protocol allowed crown formation in vitro and, after implantation, functional cells differentiation, initiation of root formation and tooth vascularization. However, the teeth were not innervated, which led to complementary experiments:- The co-implantation of cell re-associations with a trigeminal ganglion allowed axonal growth around the forming teeth, but not in the dental mesenchyme. - To try to solve this point, axonal regeneration was tested in immunodepressed conditions, using cyclosporin A (CsA). In these conditions, nerve fibers entered the dental pulp and reached odontoblasts. However, CsA shows multiple effects, including direct ones on nerve growth. - Co-implantations were performed in immunocompromised Nude mice allowed axons to reach the odontoblast layer, thus showing that immunomodulation is sufficient.- Axons in the dental mesenchyme interfere with several functions by interacting with neighbor cells. Relationships between axons and other cells (odontoblasts, endothelial cells, pericytes and glial cells) were analyzed in the peridental and dental mesenchymes of implanted reassociations and compared to the physiological situation in developing molars at similar stage. This work describes conditions allowing the innervation of engineered teeth. Preliminary encouraging attempts have been made to replace CsA by using stem cells.

La dystrophine Dp71, issue du gène DMD impliqué dans la dystrophie musculaire de Duchenne intervient dans le maintien de l'homéostasie rétinienne et de la barrière hémato-rétinienne. Nous avons mis en évidence une localisation rétinienne jusque-là méconnue de la Dp71 au sein des astrocytes rétiniens. Nous avons également étudié l'effet in vivo de l'absence de Dp71, sur le développement vasculaire et observé une plus faible densité et une morphologie astrocytaire différente comparativement aux souris contrôles, à l'origine d'un développement vasculaire retardé. Compte tenu de la spécificité du réseau vasculaire rétinien dont l'étanchéité des parois est maintenue en partie par les pieds des CGM et des astrocytes, nous avons émis l'hypothèse, étant donné l'implication de la Dp71 dans la stabilisation de ces cellules, d'une altération de cette protéine dans les phénomènes de rupture de la BHR. Ainsi dans un modèle transitoire de rupture de la BHR in vivo relativement " pur ", sans ischémie ni injection de VEGF, nous avons observé une diminution de l'expression de la dystrophine Dp71 ainsi que du canal aqueux AQP4 et une délocalisation du canal potassique Kir4.1 dans les CGM. L'injection intra-vitréenne de Dexaméthasone dans ce modèle a permis de prévenir les modifications d'expression et de localisation de ces protéines. / Dp71, a dystrophin produced from DMD gene, is involved in retinal homeostasis and maintenance of blood retinal barrier. We have previously shown that Dp71, part of a complex called Dystrophin associated protein, is involved in the localization of aqueous and potassic channels in Muller glial cell (MGC), particularly around blood vessels, allowing maintenance of retinal homeostasis. Based on the knowledge that growing retinal vessels migrate on an astrocyte template during development, we highlighted the expression of Dp71 in retinal astrocytes. In absence of Dp71, in vivo, we observed a lower density and a different morphology of retinal astrocytes compared to control retina in mice, responsible for a delayed vascular development. Due to the role of barrier of the retinal vascular network, insured also by astrocytes, we studied a model of post surgical BRB breakdown and found a decreased of Dp71 protein expression associated with Kir4.1 delocalization and AQP4 decrease in MGC. Intravitreal Dexamethasone prevents these protein expression changes. We suggest here that the membrane associated cytoskeletal protein, Dp71, expressed in astrocytes is involved in the maintenance of astrocytes density and morphology necessary as a template for retinal vascular development. This protein insure also a key role in retinal homeostasis by localizing and maintaining aqueous and potassic channels in MGC. Moreover when this protein is altered, Dexamethasone seems to be capable to promote Dp71 expression which could have wide clinical implications in retinal diseases treatment and the target for retinal neuroprotection under pathological conditions seems to be the macroglial cells.

Dans la rétine, la protéine dystrophine Dp71 est principalement exprimée dans les cellules gliales de Müller (CGM), qui contribuent à la stabilisation de la barrière hémato-rétinienne (BHR). Les CGM sont aussi les principales sources de facteurs inflammatoires. Ainsi, nous avons étudié les effets de l’absence de Dp71 sur l’homéostasie potassique et aqueuse, ainsi que sur l’expression de médiateurs de l’inflammation et la perméabilité vasculaire rétinienne.L'absence de Dp71 diminue l'expression de la protéine AQP4 et induit la redistribution de Kir4.1 tout le long des CGM. Par ailleurs, nous avons également constaté que le décollement expérimental de la rétine chez les souris WT induit une diminution de Dp71 associée à une délocalisation de Kir4.1, une régulation à la baisse de la protéine AQP4 dans les CGM.Nos données montrent clairement que l'absence de la Dp71 entraîne une augmentation de l'expression du VEGF, d’ICAM-1, une augmentation du nombre de leucocytes adhérents rétiniens, une dégénérescence accrue des capillaires associée à une forte perméabilité vasculaire chez les souris Dp71-null.L’ensemble de nos résultats a mis en évidence le rôle de la Dp71 dans les mécanismes visant à réguler l'homéostasie rétinienne et à assurer la stabilisation de la BHR. Nous apportons la preuve que la perte de Dp71 favorise l'inflammation vasculaire rétinienne et la dégénérescence des capillaires associée à une perméabilité vasculaire. Ensemble, ces observations suggèrent que la souris Dp71-null serait un modèle approprié pour étudier les pathologies vasculaires rétiniennes telles que la rétinopathie diabétique, l’uvéite rétinienne et l’occlusion veineuse rétinienne. / In the retina, the Dp71 dystrophin protein is mainly expressed in Müller glial cells (MGC), which contribute to the stabilization of the blood-retinal barrier (BRB). MGC are also the main sources of inflammatory factors. Thus, in our thesis project we studied the effects of the absence of the Dp71 protein on potassium and water homeostasis, as well as the expression of inflammatory mediators and retinal vascular permeability.The absence of the Dp71 protein decreased the expression of AQP4 protein and induces the redistribution of Kir4.1, initially restricted to the end-feet of MGC and around vessels, all along the cell membrane. Moreover, we have also shown that the experimental retinal detachment in WT mice induces a reduction of Dp71 which is associated with Kir4.1 mislocation, a down regulation of AQP4 protein in MGC.Our data clearly demonstrate that the absence of the Dp71 leads to increased retinal VEGF and ICAM-1 expression in Dp71-null mouse compared to WT mouse strain. There is also an increase of the number of retinal adherent leukocytes, capillary degeneration associated with high BRB permeability observed in Dp71-null mice.Our findings highlight Dp71 as an important component in the mechanisms leading to the regulation of retinal homeostasis; and to the maintaining of the BRB stabilization. We provide evidence that deficiency of Dp71 promotes retinal vascular inflammation and significantly exacerbated degeneration of capillaries and BRB breakdown. Together these results suggest that the Dp71-null mouse could be a good model to study retinal vascular diseases such as diabetic retinopathy, retinal uveitis and retinal vein occlusion.

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