Les études des effets de l’activité physique sur la cognition humaine et animale ne permettent pas de clarifier si ces effets sont spécifiques au type d’exercice pratiqué et si les gains cognitifs pour un cerveau en développement sont globaux ou exclusifs à certaines fonctions cognitives. Considérant le circuit nerveux entre le cervelet et le cortex préfrontal dorsolatéral, nous croyons qu’un entraînement neuromoteur stimulant les fonctions motrices du cervelet améliorera les fonctions exécutives associées au cortex préfrontal. Comme l’entraînement aérobie a affecté positivement différentes fonctions cognitives dans des études précédentes, nous croyons que ce type d’exercice améliorera les fonctions exécutives et la mémoire à long-terme. Trois classes de sixième année (âge moyen = 11,4 ans) ont été aléatoirement assignées aux groupes neuromoteur (n=22), aérobie (n=19) et contrôle (n=15). Nous nous sommes assurés que l’entraînement neuromoteur ne stimulait aucunement la capacité aérobie et que l’entraînement aérobie n’améliorait aucune habileté motrice. Les entraînements pour les deux groupes expérimentaux consistaient en 30 minutes d’activités par jour d’école pendant les heures de classe, pour 10 semaines ; le groupe contrôle suivait le programme scolaire régulier. Des tests moteurs et cognitifs ont été administrés avant et après l’intervention. Une série d’ANOVAs a révélé que l’entraînement neuromoteur avait amélioré la fluence verbale avec un effet marginal sur la génération de verbe, deux fonctions exécutives associées au circuit fronto-cérébelleux, et que l’entraînement aérobie avait mené à une amélioration distincte de la fluence verbale. Ainsi, nos résultats démontrent que les améliorations des fonctions exécutives sont spécifiques à chaque entraînement pratiqué. / Studies investigating effects of exercise on cognition in animals and human do not permit to clarify if these effects are specific to the type of exercise and if the cognitive gains for a developing brain are global or exclusive to certain cognitive functions. Considering the neuronal circuit between the cerebellum and the dorsolateral prefrontal cortex, we hypothesized that neuromotor training will improve executive functions associated with prefrontal cortex. Since aerobic training positively affected different cognitive functions in previous studies, we hypothesize that this type of exercise will improve executive functions and long-term memory. Three sixth grade classes (mean age = 11.4 years) were randomly assigned to neuromotor (n=20), aerobic (n=19), and control (n=15) conditions. We ensured that the motor training did not stimulate aerobic capacity and that the aerobic intervention was devoid of a motor training component. The exercise sessions for the two training groups consisted in 30 minutes per school day, took place during class time, and lasted for 10 weeks; the control group followed the regular school program. Motor and cognitive tests were administered before and after the intervention. A series of ANOVA’s revealed that neuromotor training enhanced verbal fluency with a marginal effect on verb generation, executive functions related to the fronto-cerebellar circuit, and that aerobic training led to a marginal improvement for verbal fluency. Therefore, our results showed differential improvements in executive functions induced by both neuromotor and aerobic training.

L'efficacité synaptique quantifie la capacité d'un neurone présynaptique à influer sur le potentiel de membrane d'un neurone postsynaptique. La plasticité synap- tique, regroupant tous les processus d'altération de l'efficacité synaptique, est con- sidérée comme le mécanisme fondamental de mémorisation et d'apprentissage dans le cerveau. Dans ce travail nous examinons des règles d'apprentissage formelles aux synapses chimiques et leurs conséquences sur la mémorisation de patrons appris. La plasticité de la synapse entre les fibres parallèles du cervelet et la cellule de Purkinje n'est pas de type Hebbien et dépend de la fréquence et de la durée de l'activité présynaptique. Nous avons développé un modèle qui prenne en compte les caractéristiques de cette règle d'apprentissage spécifique. Ce modèle, basé sur l'interaction entre des variables de signalisation par le calcium et l'oxyde nitrique (NO) reproduit un large corpus de données expérimentales publiées. La relative simplicité de ce modèle permettra son utilisation dans des simulations numériques faisant intervenir un grand nombre de synapses dans une architecture de réseau. En parallèle nous avons étudié une règle de plasticité plus typique, telle qu'observée aux synapses corticales, et avons développé des outils analytiques prédisant le com- portement de cette synapses modèle dans le contexte de régimes d'activité présy- naptique et postsynaptique poissonniens. Nous étendons cette analyse formelle à un réseau de neurones " leaky integrate and fire " (LIF) et développons des out- ils théoriques qui décrivent la réponse du réseau à des entrées externes bruitées d'amplitude constante ou transitoirement augmentée. Nous utilisons ces outils pour mesurer la durée de rétention de mémoires synaptiques dans un régime de décharge de fond à 1/sec soit dans des neurones indépendants soit dans un réseau récurrent. Nous trouvons que l'abaissement de la concentration de calcium extracellulaire augmente les constantes de temps de rétention de la mémoire. L'introduction d'une bistabil- ité dans la règle d'apprentissage synaptique rallonge le temps de mémorisation de plusieurs ordres de grandeur. Dans tous les cas nous fournissons des prédictions théoriques sur les échelles de temps de rétention de mémoire qui s'accordent aux résultats de simulations numériques. Les deux parties de cette étude traitent des processus régissant l'apprentissage et sa rétention dans les circuits cérébraux. Les deux modèles montrent l'importance de la fréquence de décharge et des corrélations temporelles entre potentiels d'action dans l'induction d'apprentissage au niveau synaptique. L'ajustement des variables du modèle pour mimer les conditions physiologiques in vivo permet d'allonger la ré- tention d'apprentissage, dans un réseau soumis à une décharge moyenne continue, sur des échelles de temps biologiquement significative. Notre travail présente une tenta- tive d'unification entre les règles biophysiques détaillées régissant l'apprentissage et une approche analytique en champ moyen.

Adult neural precursor cells (NPCs) are a heterogeneous population of mitotically active, self-renewing multipotent cells of both adult and developing CNS. They can be expanded in vitro in the presence of mitogens. The B05 transgenic SCA1 mice, expressing human ataxin-1 with an expanded polyglutamine tract in cerebellar Purkinje cells (PCs), recapitulate many pathological and behavioral characteristics of the neurodegenerative disease spinocerebellar ataxia type 1 (SCA1), including progressive ataxia and PC loss. We transplanted neural precursor cells (NPCs) derived from the subventricular zone of GFP-expressing adult mice into the cerebellar white matter of SCA1 mice when they showed absent (5 weeks), initial (13 weeks) and significant PC loss (24 weeks). A stereological count demonstrates that mice with significant cell loss exhibit highest survival of grafted NPCs and migration to the vicinity of PCs as compared to wt and younger grafted animals. These animals showed improved motor skills as compared to sham animals. Confocal analysis and profiling shows that many of implanted cells present in the cerebellar cortex have formed gap junctions with host PCs and express connexin43. Grafted cells did not adopt characteristics of PCs, but stereological and morphometric analysis of the cerebellar cortex revealed that grafted animals had more surviving PCs and a better preserved morphology of these cells than the control groups. Perforated patch clamp recordings revealed a normalization of the PC basal membrane potential, which was abnormally depolarized in sham-treated animals. No significant increase in levels of several neurotrophic factors was observed, suggesting, along with morphological observation, that the neuroprotective effect of grafted NPCs was mediated by direct contact with the host PCs. In this study, evidence for a neuroprotective effect came, in addition to motor behavior improvement, from stereological and electrophysiological analyses and suggest that timing of stem cell delivery is important to determine its therapeutic effect.<p>In a brain stem cell niche, NSCs reside in a complex cellular and extracellular microenvironment comprising their own progeny, ependymal cells, numerous blood vessels and various extracellular matrix molecules. Recently, it was reported that blood vessel ECs-NSCs crosstalk plays an important role in tissue homeostasis. Bloodstream offers a natural delivery vehicle especially in case of diffuse neurodegenerative diseases which require widespread distribution of exogenous cells. As NSCs are confronted with blood-brain barrier endothelial cells (BBB-ECs) before they can enter into brain parenchyma, we investigated their interaction using primary cultures in an in vitro BBB model. We isolated human fetal neural precursor cells (hfNPCs) from aborted fetal brain tissues and expanded in vitro. We showed that in an in vitro model, human BBB endothelium induces the rapid differentiation of hfNPCs and allows them to cross the endothelial monolayer, with the differentiated progeny remaining in close contact with endothelial cells. These results are not reproduced when using a non-BBB endothelium and are partly dependent on the cytokine MCP1. Our data suggest that, in the presence of attractive signals released by a damaged brain, intravascularly administered NPCs can move across an intact BBB endothelium and differentiate in its vicinity. Overall, our findings have implications for the development of cellular therapies for cerebellar degenerative diseases and understanding of the brain stem cell niche. / Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Le cervelet est une structure cérébrale impliquée dans la régulation motrice. Dans le cortex cerebelleux, les informations sensorimotrices sont transmises par les cellules en grain. Mon travail de thèse démontre que les connections synaptiques de ces neurones ont des propriétés hétérogènes. D’une synapse à l’autre, j’ai pu observer des variations d’ultrastructure, de composition moléculaire et de fonctionnement au cours de trains de potentiels d’action à haute fréquence. Plus particulièrement, j’ai caractérisé les propriétés de « plasticité à court terme » des synapses unitaires des cellules en grain : 1) Elles sont très différentes d’une synapse à l’autre et peuvent être classées en différentes sous-catégories. 2) Certaines catégories de fonctionnement synaptique reposent sur l’expression de molécules telles que la Synapsine2. 3) La réponse d’un neurone post-synaptique à de hautes fréquences de stimulation dépend de la nature de la synapse activée. / Cerebellum is a brain structure involved in motor regulation and motor learning. In the cerebellar cortex, sensorimotor information is transmitted by granule cells. During my PhD, I demonstrated that the properties of individual granule cell synaptic connections are highly heterogeneous. From one synapse to another, I observed ultrastructural, molecular and functional variability at unitary contacts. More precisely, I assessed the properties of short term plasticity at individual synapses during high frequency trains of stimulation :1) Short term plasticities are highly heterogeneous from one synapse to another and can be classified in sub-categories.2) Some categories of short-term plasticity profiles relie on the expression of molecules such as Synapsin2.3) The response of post-synaptic neuron to high-frequency inputs is dependent on the nature of the activated synaptic contact.

Le cervelet est un petit cerveau dans le cerveau. Il contient plus de la moitié du nombre total de neurones du cerveau. Sa structure très régulière est bien connue, toutefois son rôle demeure mystérieux. Le développement essentiellement postnatal du cervelet chez les rongeurs permet d’y étudier la formation activité-dépendante du réseau de neurones. C’est aussi le siège où s’opèrent diverses formes de plasticité synaptique, ce qui en fait un modèle d’étude idéal pour la plasticité synaptique développementale et adulte. Au cours de cette thèse, à l’aide d’enregistrements électophysiologiques en patch-clamp et en extracellulaire sur des tranches aigües de cervelet de souris et grâce aux techniques immunohistochimiques, j’ai étudié trois acteurs importants de la plasticité synaptique et du développement des cellules de Purkinje, les neurones centraux du cortex cérébelleux. Nous avons démontré que l’activation du récepteur métabotropique glutamatergique de type 1 (mGlu1) déclenche l’activation et l’ouverture de GluD2, un récepteur nécessaire au développement et à la plasticité des synapse des cellules de Purkinje (CPs). Nous avons également mis en évidence que les Pannexines 1, des canaux potentiellement impliqué dans la synchronisation neuronale récemment découverts et encore mal caractérisés, sont exprimées par les cellules de Purkinje Zebrine II –immunopositives, suivant les bandes parasagittales que délimitent les microdomaines du cervelet. Enfin, nous avons étudié la physiologie du cortex cérébelleux des souris néonatales, cherchant à caractériser les différents acteurs essentiels à l’activité neuronale de ce cortex en développement très particulier et peu étudié. L’activation du récepteur GluD2 médiée par mGlu1 dans la synapse entre Fibre Parallèle et cellule de Purkinje (synapse PF-PC). GluD2 est classifié parmi les récepteurs ionotropiques glutamatergique, pourtant aucun ligand n’est capable d’induire l’ouverture de son canal. Nous avons identifié pour la première fois un mécanisme physiologique d’ouverture du canal de GluD2 en démontrant que l’activation de mGlu1 déclenche l’ouverture du canal de GluD2 pour une voie intracellulaire, aussi bien dans un système d’expression en culture que dans les tranches aigues de cervelet murin. Cela nous permettra d’étudier la contribution du courant médié à travers GluD2 dans la plasticité à long terme, avec des perspectives totalement nouvelles. L’expression de Pannexine 1 par les CPs se superpose aux stries Zebrine II- immunopositives du cervelet. Les CPs adultes constituent une population hétérogènes, les différents sous-types étant organisés sur le plan parasagittal. Nous avons montré que l’expression des protéines Pannexine 1 (Panx1) We have shown that Pannexin1 (Panx1) déssine un gradient rostrocaudal discontinu dans les lobules de tranches parasagittales. Sur les coupes coronales, leur distribution forme une série de bandes parasagittales. Les canaux Panx1 médient la libération d’ATP en réponse à divers stimuli et pourrais de cette façon contribuer à une activité neuronale orientée sur le plan parasagittal en réponse aux signaux des fibres parallèles. Caractérisation de l’activité GABAergique des CPs immatures dans les souris néonatales. Le cortex cérébelleux entre les jours postnataux P0 et P4 consistent principalement en une multicouche dense de CPs fortement interconnectées. A cet âge, les CPs sont remplies de GABA extrasynapstique qui est libéré dans le milieu extracellulaire par un mécanisme qui n’est pas clairement identifié. Nos recherches préliminaires sur la première semaine de développment postnatal, nous montrons que l’activation de récepteur au GABA de type A induit une réponse excitatrice chez les CPs. Avec notre préparation, cet effet est indépendant de la présence de corps cétoniques ou de lactate comme substrats énergétiques dans le milieu extracellulaire. (...) / The cerebellum is a little brain in the brain. It houses more than half the total number of neurons in the brain. Its crystalline structure is very well known but, still, its function remain unclear to date. Its mainly postnatal development in rodents allows the study of the physiology of activity-dependent neuronal wiring. It is also the place of many types of neuronal plasticity, making it an ideal model to study both developmental and adult synaptic plasticity. In this thesis, using mainly patch-clamp and extracellular recordings in cerebellar slices as well as immunohistochemistry in mice, I have studied three important actors of synaptic plasticity and development in the Purkinje cells, the principal neurons of the cerebellar cortex. We have established that the type 1metabotropic glutamate receptor (mGlu1) triggers the gating of GluD2, a receptor necessary for Purkinje cells (PCs) synapses development and synaptic plasticity. We have also shown that the Pannexins 1, some channels likely involved in neuronal synchronization that have been recently discovered but yet remain poorly characterized, are expressed by Zebrin II immmunopositive Purkinje cells in the classical Zebra stripes formed by microdomains of the cerebellum. Last, we have studied the physiology of the primitive cerebellar cortex in neonatal mice, establishing the first elements of the neuronal activity of this very particular developing cortex at a stage still very poorly characterized. The mGlu1-mediated gating of Glu2D receptors at Parallel Fiber to PC (PF-PC) synapse. GluD2 are classified among ionotropic glutamate receptors, but no ligand has proved capable of gating their channel. We have identified for the first time a physiological mechanism of gating GluD2 channels by demonstrating that the activation of mGlu1 triggers the opening of GluD2 channels through intracellular pathways, both in expression systems and in acute murine cerebellar slices. This will allow us to study the contribution of GluD2-mediated current in long-term plasticity in a totally new way. Expression of Pannexin1 by PCs matches with adult Zebrin II immunopositive cerebellar stripes. Adult PCs constitute an heterogeneous population, the different subtypes being parasagittaly organized. We have shown that Pannexin1 (Panx1) proteins expression by PCs, draw a rostrocaudal discontinuous gradient in lobules of parasagittal slices. In transverse slices, their distribution forms an array of parasagittal stripes. Panx1 channels mediate ATP release in response to various stimuli and may in this way contribute to parasagittally oriented response to PF inputs. Characterization of GABAergic activity of immature Purkinje cells of newborn mice. The cerebellar cortex during postnatal days P0 to P4 essentially consists in a dense multilayer and highly interconnected network of PCs. At this age, PCs are filled with extrasynaptic GABA which is released in the extracellular space by a mechanism that is not clear. In our preliminary investigation of first week postnatal development, we show that activation of GABA-A receptors leads to excitatory responses in PCs. In our preparation, this effect is independent of the presence of keton bodies or lactate as energetic substrates in the extracellular medium. The complete inhibition of spontaneous discharge of PCs by Panx1 channel blockers, suggests that they mediate ion fluxes or release of neuromediators, such as ATP or GABA.

Le médulloblastome est une des tumeurs les plus fréquentes du système nerveux central chez l’enfant. Son impact clinique, ainsi que les effets secondaires engendrés par les traitements actuels, sont significatifs en matière de morbidité et de mortalité. La caractérisation moléculaire des tumeurs du système nerveux central a grandement évolué, et ce, particulièrement en ce qui concerne le médulloblastome. Des travaux antérieurs ont permis d’établir qu’un des sous-groupes de médulloblastome est caractérisé par l’activation de la voie sonic hedgehog. La mutation la plus fréquente menant à ce sous-type de médulloblastome est la mutation du gène suppresseur de tumeur PTCH1. Grâce au modèle de souris Ptch1+/-, des données issues de notre laboratoire ont permis de caractériser le développement de cette tumeur comme étant en deux étapes. Ce travail porte sur la caractérisation du mécanisme par lequel cette première étape, soit la perte d’hétérozygotie de Ptch1, survient. Tout d’abord, nous revisitons le rôle in vivo du corécepteur Boc dans la tumorigenèse. Selon nos résultats, la modulation de Boc ne semble pas avoir un impact significatif sur le développement tumoral dans des expériences de transplantation orthotopiques. Ensuite, nous démontrons que le ligand Shh augmente le dommage à l’ADN, ce qui mène à une hausse des évènements de recombinaisons qui peuvent causer une perte d’hétérozygotie. Nous tentons de moduler l’activité de Rad51 en observant une tendance non statistiquement significative des évènements de recombinaison avec des inhibiteurs de Rad51. Nous démontrons ensuite qu’un inhibiteur de Cdc7 permet la diminution des évènements de recombinaisons ainsi qu’une diminution du stress réplicatif de l’ADN. En intervenant sur le gène Mcm2 grâce à un modèle de souris transgénique, nous parvenons à prouver qu’une diminution de l’action de Mcm2 permet une diminution du stress réplicatif de l’ADN. En somme, la première étape du développement du médulloblastome sonic hedgehog-activé est la perte d’hétérozygotie de Ptch1. Celle-ci est caractérisée par une augmentation du dommage à l’ADN engendrant une hausse des évènements de recombinaison. Plusieurs cibles potentielles de modulation s’avèrent prometteuses pour un éventuel traitement ciblé. / Medulloblastoma is one of the most common central nervous system tumors of the child. Its clinical impact, as well as the adverse effects caused by current treatments, are significant in terms of morbidity and mortality. The molecular characterization of tumors of the central nervous system has greatly evolved, particularly in the case of medulloblastoma. Previous work has established that one of the medulloblastoma sub-groups is characterized by the activation of the sonic hedgehog (Shh) pathway. The most common mutation leading to this medulloblastoma subtype is the PTCH1 tumor suppressor gene mutation. Working with the Ptch1+/- mouse model, data from our la-boratory characterized the medulloblastoma tumorigenesis as a two-step process. This work focuses on the characterization of the mechanism by which this first step, the loss of heterozygosity of Ptch1, occurs. First, we revisit the in vivo role of the Boc coreceptor in the medulloblastoma tumor-igenesis. According to our results, Boc modulation does not seem to have a significant impact on tumor development. Next, we show that the Shh ligand increases DNA dam-age. This leads to an increase in recombination events which predispose to loss of het-erozygosity. We attempt to modulate Rad51 activity and observe a non-statistically sig-nificant trend to decrease recombination events with Rad51 inhibitors. We then demonstrate that Cdc7 inhibition reduces recombination events as well as DNA replica-tive stress. Using an Mcm2 transgenic mouse model, we demonstrate that a reduction in the action of Mcm2 reduces DNA replicative stress. To conclude, the first step in the development of Shh-activated medulloblastoma is the loss of heterozygosity of Ptch1. This is characterized by an increase in DNA damage leading to an increase in recombination events. Several potential modulation targets hold promise for possible targeted therapy.

Dans cette thèse nous avons utilisé des méthodes de systèmes dynamiques et des simulations numériques pour étudier les mécanismes d'oscillations d'épilepsie associés à des concentrations d’ions dynamiques et au comportement bimodal des cellules Purkinje du cervelet. Le propos général de ce travail est l'interaction entre les propriétés intrinsèques des neurones simple et la structure d'entrée synaptique contrôlant l'excitabilité neuronale. Dans la première partie de la thèse nous avons développé un modèle de transition de crise épileptique dans le lobe temporal du cerveau. Plus précisément nous nous sommes concentrés sur le rôle du cotransporteur KCC2, qui est responsable de la maintenance du potassium extracellulaire et du chlorure intracellulaire dans les neurones. Des données expérimentales récentes ont montré que cette molécule est absente dans un groupe significatif de cellules pyramidales dans le tissue neuronal de patients épileptiques suggérant son rôle épileptogène. Nous avons trouvé que l'addition d’une quantité critique de cellules pyramidale KCC2 déficient au réseau de subiculum, avec une connectivité réaliste, peut provoquer la génération d’oscillations pathologiques, similaire aux oscillations enregistrées dans des tranches de cerveau épileptogène humaines. Dans la seconde partie de la thèse, nous avons étudié le rôle du bruit synaptique dans les cellules de Purkinje. Nous avons étudié l'effet de l'inhibition de la génération du potentiel d’action provoquée par injection de courant de bruit, un phénomène connu comme résonance stochastique inverse (RSI). Cet effet a déjà été trouvé dans des modèles neuronaux, et nous avons fournis sa première validation expérimentale. Nous avons trouvé que les cellules de Purkinje dans des tranches de cerveau peuvent être efficacement inhibées par des injectionsde bruit de courant. Cet effet est bien reproduit par le modèle phénoménologique adapté pour différentes cellules. En utilisant des méthodes de la théorie de l'information, nous avons montré que RSI prend en charge une transmission efficace de l'information des cellules de Purkinje simples suggérant son rôle pour les calculs du cervelet. / In this thesis we used dynamical systems methods and numericalsimulations to study the mechanisms of epileptic oscillations associated with ionconcentration changes and cerebellar Purkinje cell bimodal behavior. The general issue in this work is the interplay between single neuron intrinsicproperties and synaptic input structure controlling the neuronal excitability. In the first part of this thesis we focused on the role of the cellular intrinsicproperties, their control over the cellular excitability and their response to thesynaptic inputs. Specifically we asked the question how the cellular changes ininhibitory synaptic function might lead to the pathological neural activity. We developed a model of seizure initiation in temporal lobe epilepsy. Specifically we focused on the role of KCC2 cotransporter that is responsible for maintaining the baseline extracellular potassium and intracellular chloride levels in neurons. Recent experimental data has shown that this cotransporter is absent in the significant group of pyramidal cells in epileptic patients suggesting its epileptogenic role. We found that addition of the critical amount of KCC2-deficient pyramidal cells to the realistic subiculum network can switch the neural activity from normal to epileptic oscillations qualitatively reproducing the activity recorded in human epileptogenic brain slices. In the second part of this thesis we studied how synaptic noise might control the Purkinje cell excitability. We investigated the effect of spike inhibition caused by noise current injection, so-called inverse stochastic resonance (ISR). This effect has been previously found in single neuron models while we provided its first experimental evidence. We found that Purkinje cells in brain slices could be efficiently inhibited by current noise injections. This effect is well reproduced by the phenomenological model fitted for different cells. Using methods of information theory we showed that ISR supports an efficient information transmission of single Purkinje cells suggesting its role for cerebellar computations.

La démyélinisation et la mort oligodendrocytaire sont bien connues dans la sclérose en plaques (SEP). Au cours de ces dernières années, plusieurs études ont également décrit ce type de lésion après un traumatisme crânien (TC), participant à l’aggravation des lésions de la substance blanche, responsables des dysfonctionnements cognitifs et moteurs. Malgré de nombreux efforts, aucune thérapie efficace n’est disponible à ce jour pour traiter les lésions de la substance blanche. Dans ce contexte, une stratégie thérapeutique prometteuse serait de freiner la neuro-inflammation et la démyélinisation, en plus de promouvoir la maturation des oligodendrocytes afin de favoriser la remyélinisation des axones et de limiter ainsi leur dégénérescence. Notre choix de stratégie porte sur la stimulation des processus de réparation endogène via la protéine neuroprotectrice et neurotrophique sAPPα, forme soluble de la protéine βAPP libérée par l’action des α-sécrétases (ADAM10). Dans ce contexte, l’objectif de mes travaux de thèse était d’étudier l’intérêt thérapeutique de l’étazolate, un activateur desα-sécrétases, sur les conséquences biochimiques, histologiques et fonctionnelles, dans différents modèles de TC et de SEP in vivo chez la souris, et ex vivo sur des tranches organotypiques de cervelet. Les résultats obtenus sur le modèle de TC par percussion mécanique chez la souris ont montré pour la première fois le potentiel anti-inflammatoire de l’étazolate, associé à la restauration du taux de la sAPPα. De plus, l’étazolate s’est également opposé aux troubles fonctionnels post-TC tels que l’hyperactivité locomotrice et le déficit cognitif à court et à long terme. Par la suite, j’ai développé un nouveau modèle ex vivo de TC par percussion mécanique sur des tranches organotypiques de cervelet. Nous avons montré pour la première fois que l’étazolate était neuroprotecteur dans le tissu cérébelleux, et qu’il s’opposait à la démyélinisation post-traumatique. Par ailleurs, les effets bénéfiques de l’étazolate sur les gaines de myéline ont été reproduits dans un modèle ex vivo de démyélinisation induite par la lysolécithine, modèle ex vivo de SEP. De façon intéressante nous avons montré que l’étazolate exerçait un effet remyélinisant en stimulant la différenciation des oligodendrocytes. Cet effet a été reproduit in vitro dans des cultures primaires mixtes de cellules gliales issues de souris PLP-eGFP, où la maturation morphologique des oligodendrocytes a été favorisée en présence d’étazolate. L’ensemble des effets bénéfiques exercés par l’étazolate a été inhibé en présence d’un inhibiteur pharmacologique spécifique d’ADAM10, le GI254023X, suggérant que l’effet remyélinisant de l’étazolate dépend, au moins en partie, d’ADAM10. Par la suite, l’effet remyélinisant de l’étazolate a été étudié dans un modèle in vivo de démyélinisation chronique induite par la cuprizone. Dans ce modèle, l’étazolate a été capable de promouvoir la remyélinisation en stimulant la différenciation des oligodendrocytes, confirmant nos résultats in vitro et ex vivo. L’ensemble de mon travail permet de considérer le potentiel thérapeutique de l’étazolate, en visant l’ADAM10 comme nouvelle cible thérapeutique neuroprotectrice et remyélinisante. Cela aura pour intérêt de limiter la neuro-inflammation, la démyélinisation, ainsi que de promouvoir la différenciation des oligodendrocytes et la remyélinisation, afin de favoriser la récupération fonctionnelle suite aux lésions de la substance blanche survenant après un TC ou la SEP chez l’homme. / Demyelination and oligodendrocyte cell death are well established in multiple sclerosis (MS) and are increasingly described after traumatic brain injury (TBI), participating in the aggravation of white matter injury responsible of motor and cognitive deficits. Despite many efforts in clinical research, no efficient therapy against white matter injury progression is available nowadays. Thus, promoting remyelination and counteracting neuroinflammation and demyelination are major therapeutic strategies in order to restore white matter integrity. Here, we studied the stimulation of endogenous repair mechanisms through the neuroprotective and neurotrophic protein sAPPα, the soluble form of βAPP protein released by the α-secretases (ADAM10). In this context, the aim of this work was to evaluate the therapeutic potential of etazolate, an α-secretase activator on short- and long-term biochemical, histological and functional outcome in different mouse models of TBI and MS in vivo, and ex vivo on organotypic cerebellar slices. The results obtained from the TBI mouse model by mechanical percussion showed for the first time the anti-inflammatory effect of etazolate associated to a restoration of sAPPα levels. The same treatment was able to attenuate functional deficits (hyperactivity, cognitive deficit). We also developed a new ex vivo model of TBI by mechanical percussion on organotypic cerebellar slices. We confirmed the neuroprotective effect of etazolate on cerebellar tissue reducing the lesion size. Interestingly, etazolate treatment attenuated post-traumatic ex vivo demyelination. Moreover, the beneficial effect of etazolate on myelin sheaths have been well reproduced after lysolecithin-induced demyelination, an ex vivo model of MS. Interestingly, etazolate was able to enhance remyelination promoting oligodendrocyte differentiation. This effect has been reproduced in the primary mixed glial culture from PLP-eGFP mice, enhancing oligodendrocyte morphological maturation. However, etazolate failed to promote its beneficial effects in the presence of GI254023X, a specific ADAM10 (α-secretase) inhibitor, suggesting that the mechanism of action of etazolate is partly through the activation of ADAM10. Furthermore, etazolate reproduced in vivo the oligodendrocyte differentiation, accompanied by an increase of the myelinated axons, observed by electron microscopy in a mouse model of cuprizone-induced chronic demyelination. Taken together, the findings of this work provide a first evidence for the therapeutic potential of etazolate, with ADAM10 as new therapeutic target in white matter repair. The interest of this approach is to attenuate neuroinflammation and demyelination and to enhance oligodendrocyte differentiation and thus remyelination, in order to promote functional recovery following white matter lesions arising after TBI or MS.

La γ-hémolysine HlgC/HlgB et la leucocidine de Panton et Valentine (LPV) sont deux toxines formant des pores de la famille des leucotoxines bipartites (formées de deux sous-unités de classe S et F) sécrétées par S. aureus qui ciblent directement les polynucléaires neutrophiles humains (hPNNs) et qui augmentent le pouvoir pathogène de la bactérie. Ces leucotoxines sont également capables de cibler d’autres types cellulaires comme les neurones en grain du cervelet de rat et les DRG. D’abord, le composé de classe S de ces leucotoxines se fixe à un récepteur membranaire, le C5aR. Des substitutions en Alanine par mutagénèse dirigée ont permis la caractérisation d’un cluster d’acides aminés essentiels pour la fixation de LukS-PV à C5aR, localisé sur 2 boucles du domaine « Rim ». Puis, suite à la fixation de la sous-unité de classe F, HlgC/HlgB et la LPV semblent être internalisées, permettant une augmentation de la [Ca2+]i. Malgré les grandes similarités entre ces deux leucotoxines les sous-unités de classe F permettent à chaque leucotoxine d’activer des voies calciques différentes. Des dérivés du para-sulfonate-calix[4]arène ont un effet inhibiteur de ces toxines et pourraient montrer un potentiel à être utilisés comme auxiliaires aux antibiothérapies. / The γ-hemolysin HlgC/HlgB and the Panton and Valentine leukocidin (PVL) are two pore-forming toxins of the family of bicomponent leukotoxins secreted by S. aureus that directly target human neutrophils (hPNNs) and increase the pathogenicity of the bacteria. These leukotoxins also are capable of targeting other cell types such as rat cerebellar granular neurons and DRG. First, the compound of the class S binds to a membrane receptor, C5aR. Alanine-scanning mutagenesis allowed the characterization of a cluster of amino acids localized on two loops of the “Rim” domain essential for LukS-PV binding to C5aR. Then, after the class F subunit binding, HlgC/HlgB and PVL appear to be internalized, allowing an increase in [Ca2+]i. Despite the similarities between these two subunits, the class F component allows each leukotoxin to activate different pathways. Derivatives of para-sulfonato-calix[4]arene have an inhibitory effect on these toxins and may offer a potential to be used as auxiliary to antibiotherapy.

La décharge des cellules de Purkinje (CP), neurone de sortie du cortex cérébelleux, joue un rôle majeur dans le contrôle moteur. Les CP reçoivent des entrées excitatrices provenant des cellules des grains (CG), lesquelles génèrent également une inhibition antérograde sur les CP via l’activation d’interneurones de la couche moléculaire (IN). Lors de ma thèse, j’ai étudié l’influence simultanée de la balance excitation-inhibition (E/I) et des plasticités à court terme aux synapses CG-IN-CP sur la décharge des CP, par des techniques d’électrophysiologie, d’optogénétique et de simulation. Ces travaux démontrent l’existence d’une hétérogénéité d’E/I dans le cortex cérébelleux ainsi qu’une grande diversité de modulation des CP en réponse à la stimulation de CG. Le nombre de stimulation des CG influence fortement la direction et l’intensité de la modulation observée. Enfin, la combinaison de plasticités à court terme et d’E/I génère dans la décharge des CP des motifs de réponses complexes mais reproductibles, ayant sans doute un rôle essentiel dans l’encodage sensoriel. / Rate and temporal coding in Purkinje cells (PC), the sole output of the cerebellar cortex, play a major role in motor control. PC receives excitatory inputs from granule cells (GC) which also provide feedforward inhibition on PC through the activation of molecular layer interneurons (MLI). In this thesis, I studied the influence of the combined action of excitation/inhibition (E/I) balance and short-term plasticity of GC-MLI-PC synapses on PC discharge, by using electrophysiological recordings, optogenetic stimulation and modelling. This work demonstrates that E/I balances are not equalized in the cerebellar cortex and showed a wide distribution of PC discharge modulation in response to GC inputs, from an increase to a shut down of the discharge. The number of stims in GC bursts strongly controls the strength and sign of PC modulation. Lastly, the interplay between short-term plasticity and E/I balance implements complex but reproducible output patterns of PC responses to GC inputs that should play a key role in stimulus encoding by the cerebellar cortex.