Le système cholinergique joue un rôle important au niveau de l’attention, de la mémoire et des fonctions exécutives. Les processus corticaux sous-tendant ces fonctions cognitives reposent sur des mécanismes de plasticité synaptique, tels que la potentialisation à long terme (PLT), qui font aussi appel à la transmission cholinergique. La diminution de l’activité cholinergique et de la plasticité synaptique lors du vieillissement normal semble contribuer au déclin des fonctions cognitives chez les personnes âgées. Les études comprises dans cette thèse portent sur un marqueur de l’activité cholinergique dérivé de la stimulation magnétique transcrânienne (SMT), soit l’inhibition afférente à courte latence (short-latency afferent inhibition, en anglais; SAI). Les modifications liées à l’âge dans les niveaux de SAI ont été examinées chez des jeunes adultes et des personnes âgées en santé. Celles-ci ont ensuite été mises en lien avec la performance à des tests psychomoteurs et cognitifs évaluant l’attention, la mémoire, et les fonctions exécutives. Nous avons aussi examiné comment ces variations liées à l’âge dans les niveaux de SAI influencent la susceptibilité d’exprimer de la plasticité de type PLT dans le cortex moteur en réponse à un protocole de stimulations répétitives intermittentes par bouffées thêta (SiBT). Nos résultats ont d’abord montré que le conditionnement afférent des réponses évoquées par la SMT était sélectivement moins efficace à 20 ms chez les personnes âgées que chez les jeunes adultes, indiquant ainsi une réduction sélective du SAI avec l’âge (Études 1 et 3/4). Cette diminution des niveaux de SAI suggère un déclin de l’activité cholinergique avec l’âge. Des déclins associés au vieillissement normal ont ensuite été notés dans de nombreuses tâches examinant les fonctions psychomotrices et cognitives (Études 1-3). À cet égard, nous avons montré que les variations liées à l’âge dans les niveaux de SAI étaient significativement corrélées à la performance à des tests psychomoteurs complexes (Études 1 et 3), ainsi qu’à un score global reflétant la mémoire épisodique (Étude 2). Toutefois, les variations dans les niveaux de SAI n’étaient pas associées aux fonctions exécutives (Étude 2) ou à l’attention (Étude 3). Finalement, les niveaux de SAI mesurés chez les jeunes et les personnes âgées étaient peu indicateurs de la susceptibilité à exprimer de la plasticité synaptique de type PLT suite au protocole SiBT. En fait, nos résultats ont plutôt mis en évidence la présence d’une grande variabilité interindividuelle dans les réponses à ce protocole de stimulations répétitives visant la plasticité corticale (Étude 4). Dans l’ensemble, nos travaux suggèrent un déclin parallèle de l’activité cholinergique et de certaines fonctions cognitives lors du vieillissement normal. La diminution de l’efficacité du système cholinergique dans le cortex moteur, telle que reflétée dans les niveaux de SAI, semble être liée au déclin des fonctions psychomotrices et de la mémoire avec l’âge. Toutefois, des liens n’ont pu être clairement établis avec la susceptibilité individuelle à exprimer de la plasticité synaptique. D’autres études seront nécessaires afin de clarifier davantage la relation entre la diminution de l’activité cholinergique avec l’âge, telle que mesurée in vivo avec la SMT, et le déclin des performances cognitives.

La souris "dystoniamusculorum" (Dstdt-j) résulte d'une mutation spontanée autosomale récessive d'un gène codant pour la dystonine, protéine du cytosquelette qui s'exprime normalement dans les neurones sensitifs du système nerveux périphérique, mais aussi dans de nombreuses structures du système nerveux central. Elle est caractérisée par une dégénérescence des fibres nerveuses affectant principalement les voies afférentes sensitives du système nerveux périphérique et les afférences secondaires cérébelleuses et thalamiques. Des troubles posturaux et une sévère ataxie apparaissent avec les dégénérescences. Une altération des muscles squelettiques est associée. Afin d'étudier l'incidence des troubles du transport axonal sur l'activité métabolique de la fibre nerveuse et l'impact de la dégénérescence sensitive sur les fonctions motrices, une analyse histopathologique et biochimique comparative du système nerveux central et des muscles squelettiques est effectuée sur des souris de souche B6C3Fea /a-Dstdt-j, âgées de 42 à 54 jours réparties un groupe de souris homozygotes Dstdt-j et un groupe contrôle, formé de souris homozygotes normales et hétérozygotes. En plus des dégénérescences afférentes périphériques, l'étude histopathologique montre des altérations centrales au niveau de centres segmentaires et de différentes structures du système extra-pyramidal comme le cervelet, le noyau rouge et les noyaux du pont. Une évaluation quantitative de l'activité métabolique régionale par marquage histochimique de la cytochrome oxydase (enzyme du complexe IV de la phosphorylation oxydative) est effectuée sur l'ensemble de l'encéphale et de la moelle épinière cervicale. Elle met en évidence une hyperactivité métabolique des voies de la proprioception inconsciente, affectant principalement les structures du tronc cérébral et du cervelet, et plus spécifiquement des structures motrices impliquées dans l'équilibre, le tonus musculaire et les réflexes posturaux. Une étude de l'innervation cholinergique est effectuée par marquage histochimique de l'acétylcholinestérase (AChE). Des augmentations importantes de l'activité AChE sont observées dans les structures cibles du noyau cholinergique tegmental pontique, à savoir le thalamus servant à l'activation corticale, le striatum et certains noyaux mésencéphaliques connectés au striatum, impliqués dans le contrôle des mouvements. Des altérations structuro-fonctionnelles des trois muscles observés (langue, muscle masséter et flexordigitorumsuperficialis) illustrent un tableau clinique d'hypotonicité et d'hypoactivité musculaire. Une dégénérescence partielle des fibres musculaires semble indiquer que ces modifications sont conséquentes de la lésion nerveuse plutôt que d'une atteinte intrinsèque des fibres musculaires. La présente étude sert à comprendre la physiopathologie 1) des neuropathies sensitives humaines présentant des atteintes similaires comme l'ataxie de Friedreich, ou la forme infantile de l'ataxie spino-cérébélleuse, 2) de déafférentations trigéminales pouvant survenir par compressions iatrogènes lors d'actes chirurgicaux / The "dystoniamusculorum" (Dstdt-J) mouse is the result of a recessive autosomal mutation of the dystonin (dst) gene responsible for the expression of a protein of the cytoskeleton, normally present in sensory peripheral neurons and numerous central nervous structures. The mutation is characterised by primary degeneration of peripheral afferent fibers followed by degenerative processes in secondary cerebellar and thalamic afferents. Postural reflex dysfunction and a severe ataxia occurat the same time as peripheral neurodegenerative processes. To study the impact of axonal transport alteration on neuronal activity as well as sensory degeneration on motorfunctions, histopathatological and biochemical studies have were performed on brain and skeletal muscles of B6C3Fea /a-Dstdt-j mice displayed in two groups, homozygotes Dstdt-J and controls. In addition to sensory defects, histopathological evaluation showed central alterations affecting the segmentar nuclei and motor control regions, such as cerebellum, red nucleus, and pontine nuclei. Regional metabolism assessed by cytochrome oxidase histochemistry showed hypermetabolic activity in cerebellum and motor regions of the brain stem involved in equilibrium, muscle tonicity, and postural reflexes. Brain cholinergic innervation was performed by histochemical labelling of acetylcholinesterase (AChE) activity. Enzymatic hyperactivity was observed in target structures of the cholinergic pedunculo-pontine tegmental nucleus, the thalamus, and the basal ganglia. The morphological and functional alterations observed in the three skeletal muscles (masseteric, flexor digitorum superficialis and tongue) were characterized by muscle hypotonicity and hypoactivity. A partial muscular fiber degeneration was observed, probably as a result of sensory denervation rather than an intrinsic defect of muscle fibers. Several sensory neuropathies (Friedreich's ataxia or infant-onset spinocerebellar ataxia) have similar clinicopathological features. The present studies are of interest in understanding the physiopathology of these lesions. They can also contribute in the study of the pathological effects of trigeminal deafferentation induced by compression

Dans la maladie de Parkinson, un déficit d'activité électrique serait impliqué dans le processus de dégénérescence des neurones dopaminergiques (DA) de la substance noire. Or des structures non-DA, en particulier les neurones cholinergiques du noyau pédonculopontin (PPN) et orexinergiques de l'hypothalamus, sont affectés dans la pathologie. Ces neurones étant la source d'une innervation excitatrice pour les neurones DA, un déficit de ces inputs chez les patients pourrait jouer un rôle clé dans la progression de la perte DA. Le premier but de ce projet était d'évaluer l'impact d'une lésion des neurones cholinergiques du PPN sur la survie des neurones DA nigraux de rats et de macaques sains et parkinsoniens. Nous avons montré que 1) une déafférentation cholinergique induit une atrophie neuronale voire une dégénérescence DA, 2) une lésion DA induit une perte de neurones cholinergiques du PPN, et 3) combiner une lésion cholinergique du PPN à une lésion DA induit une exacerbation des pertes neuronales dans les deux systèmes. Enfin, le taux de dégénérescence DA est corrélé à l'intensité de la perte des neurones cholinergiques. Nos résultats confirment que le PPN joue un rôle clé dans la physiopathologie de la maladie de Parkinson et démontrent la forte interrelation existant entre ces deux systèmes. Concernant le système orexinergique, nous montrons que les fibres sont en position de moduler l'activité des neurones DA, mais qu'une lésion sélective du système DA chez le macaque n'est pas suffisante pour induire la mort des neurones à orexine. Ces résultats suggèrent que l'atteinte du système orexinergique chez des patients parkinsoniens pourrait résulter de lésions non-DA. / In Parkinson’s disease, there is evidence that dopaminergic (DA) neurons of the substantia nigra degenerate when they become electrically less active. Many non-DA structures including cholinergic neurons of the pedunculopontine nucleus (PPN) and orexinergic neurons of the hypothalamus, are also degenerating. Since these non-DA neurons are sources of excitatory inputs to the nigral DA neurons, their lesion in parkinsonian patients might play a key role in the progression of DA neuronal death. The first goal of this study was to evaluate the effect of a cholinergic PPN lesion on the survival of nigral DA neurons in healthy and parkinsonian rats and macaques. We found that 1) a PPN cholinergic lesion induced neuronal atrophy and death; 2) a DA lesion alone resulted in a loss of PPN cholinergic neurons; and 3) adding a PPN cholinergic lesion to a DA lesion in rats when the process of DA degeneration was in progress exacerbated neuronal losses in both systems. Last, the rate of DA degeneration was highly correlated to the level of cholinergic loss. Our results highlight the key role of the PPN in the physiopathology of Parkinson’s disease and clearly demonstrate strong reciprocal interactions with nigral DA neurons. The second aim of our study was to focus on the hypothalamic orexinergic system using a morphological approach in macaques. We show that orexinergic fibers are in position to modulate DA neurons activity. However, a relatively selective DA lesion in macaques was not sufficient to induce death of the orexinergic neurons. These data suggest that the loss of orexinergic neurons observed in parkinsonian patients likely results from non-DA lesions.

Introduction<br>Le nerf vague est un nerf mixte composé de 20% de fibres efférentes et 80% de fibres afférentes. La stimulation électrique du nerf vague (VNS) est actuellement employée comme thérapie de certaines formes d'épilepsies et de dépressions chez l'Homme. Le nerf vague a également un double rôle anti-inflammatoire : i) d'une part via la voie classique faisant intervenir les fibres vagales afférentes centripètes qui peuvent activer l'axe corticotrope, ii) d'autre part via la voie cholinergique anti-inflammatoire, plus récemment décrite. L'effet anti-inflammatoire est dans ce cas lié à l'activation des efférences vagales centrifuges. En effet, les terminaisons de ces fibres libèrent, en périphérie, de l'acétylcholine qui, en se liant au récepteur alpha 7-nicotinique exprimé en particulier par les macrophages, inhibe la sécrétion de cytokines pro-inflammatoires (TNFalpha notamment). Bien que les maladies inflammatoires chroniques de l'intestin (MICI) aient une incidence en augmentation, leur origine exacte reste méconnue et semble liée à de nombreux facteurs. Les patients atteints de MICI présentent des troubles au niveau de l'activation du système immunitaire qui vont engendrer l'apparition de lésions au niveau intestinal. Les traitements des MICI disponibles actuellement ne permettent pas une guérison totale, mais ont uniquement un rôle suspensif. <br> But <br>Les travaux réalisés ont eu pour objectif d'utiliser la VNS afin de diminuer l'inflammation dans un modèle de colite expérimentale chez le rat. Des études complémentaires ont été réalisées pour étudier les mécanismes de cet effet anti-inflammatoire ainsi que les effets centraux et digestifs moteurs de la VNS.<br> Matériels et Méthodes <br>La colite a été induite par l'instillation intra-colique d'acide trinitrobenzène sulfonique (TNBS). La VNS a été réalisée grâce à une électrode bipolaire implantée de manière chronique au niveau du nerf vague gauche (paramètres de stimulation : 1mA, 5Hz, 500µs, 10s ON, 90s OFF) ; l'animal a été stimulé pendant 3 heures le jour de l'injection du TNBS et pendant les 4 jours suivants. Les paramètres physiologiques de température corporelle et d'activité locomotrice ont été suivis en continu par télémétrie pendant cette période. L'animal a été sacrifié 5 jours après l'instillation, le côlon a été prélevé et deux zones tissulaires ont été distinguées : la partie lésée et la partie adjacente. Ces prélèvements ont ensuite été utilisés pour une analyse histologique, une quantification de la myéloperoxydase et une quantification des ARNm des cytokines par la technique de RT-PCR. L'inflammation globale induite par la colite a été étudiée par l'intermédiaire d'un index multiparamétrique global comprenant des paramètres physiologiques intégrés (température corporelle, activité locomotrice), tissulaires (surface des lésions) et moléculaires (ARNm des marqueurs d'inflammation). L'approfondissement des connaissances mécanistiques de l'effet anti-inflammatoire obtenu a été réalisé par une étude par western blot et immunohistochimie de l'expression des protéines impliquées dans les voies intracellulaires d'activation des cellules immunitaires (protéines STAT). Enfin les effets latéraux de la VNS ont été étudiés au niveau central par la technique d'immunohistochimie du c-fos et par l'analyse des électromyogrammes du jéjunum au niveau périphérique.<br>Les résultats mettent en évidence chez les animaux stimulés : une amélioration clinique significative avec une perte pondérale réduite, une tendance à la réduction des lésions intestinales, de l'expression de la myéloperoxidase et du taux d'ARNm de cytokines dans le tissu colique, ainsi qu'une diminution significative de l'index global d'inflammation. Au niveau mécanistique, la VNS induit des changements dans la signalisation intracellulaire, au niveau de la lésion et juste au-dessus de celle-ci. Enfin la VNS semble induire aussi des changements modérés au niveau de l'activation neuronale centrale et de la motricité digestive. <br> Conclusion <br>Ces données expérimentales montrent l'intérêt d'activer la voie cholinergique par la VNS pour obtenir un effet anti-inflammatoire ciblé au niveau du tube digestif. La VNS pourrait être envisagée dans le traitement des poussées ou le maintien en phase de rémission des patients atteints de MICI.

La maladie d’Alzheimer est souvent précédée de troubles cognitifs légers (MCI) associés à la lésion du cortex entorhinal, une région interconnecté avec l’hippocampe. Cependant, un tiers des patients MCI présentent une rémission cognitive suggérant l’action de mécanismes compensatoires. Ces mécanismes pourraient être déficitaires chez les patients porteurs de l’allèle APOE4 présentant un MCI plus agressif.Par des approches multidisciplinaires chez la Souris, ce travail a démontré que la lésion entorhinale induit des déficits comportementaux et une hyperactivité de l’hippocampe. Or, le bourgeonnement des fibres cholinergique dans l’hippocampe compense ces déficits. Comme le bourgeonnement cholinergique est inhibé en présence de l’APOE4, cela pourrait contribuer au déclin cognitif exacerbé de ces patients. Par conséquent, l’inhibition de l’hyperactivité hippocampique chez les 50% de patients APOE4 représente une alternative prometteuse pour le traitement symptomatique du MCI. / Mild Cognitive Impairments (MCI) often precedes Alzheimer’s disease (AD) and is characterized by the loss of entorhinal neurons leading to a hippocampal disconnection. However, MCI patients also revert to normal cognition, suggesting compensatory mechanisms that alter the disease progression. This compensation may be impaired in patients bearing the APOE4 allele that are more prone to MCI, present less cognitive reversion and faster transition to AD.This work in mice, demonstrated that the sprouting of cholinergic fibers compensates entorhinal lesions through the reduction of the related hippocampal hyperactivity. As in APOE4 mice the cholinergic sprouting was altered in association with cognitive impairments, such impaired synaptic compensation may contribute to the faster cognitive decline of these patients. Therefore, supporting or mimicking the cholinergic control on hippocampal hyperactivity may represent a promising alternative therapeutic strategy for APOE4-carriers.

La neuromodulation de circuits olfactifs par l'acétylcholine (ACh) joue un rôle important dans la discrimination et l'apprentissage d’odeur. Le traitement précoce des signaux chimiosensoriels se produit dans deux régions fonctionnellement et anatomiquement distinctes, les principaux et accessoires bulbes olfactifs (MOB et AOB), qui reçoivent entrée cholinergique significative du cerveau antérieur basal. Ici, nous explorons la régulation des circuits de l’AOB et la MOB par ACh, et comment cette modulation influence le comportement à médiation olfactifs. De manière surprenante, malgré la présence d'un circuit conservé, l'activation des récepteurs muscariniques de l'ACh révèle des différences marquées dans la modulation cholinergique des neurones de sortie: l’excitation de l’AOB et l'inhibition de la MOB. Les cellules granulaires (GCs), le neurone intrinsèque le plus abondant dans l'OB, présentaient également une réponse muscarinique complexe. Alors que les GCs de l’AOB ont été excitées, les GCs de la MOB présentaient une action muscarinique double, une hyperpolarisation et une augmentation de l'excitabilité non couvert par la dépolarisation cellulaire. Par ailleurs, l’ACh a eu un effet différent sur la relation d'entrée / sortie des MCs dans l’AOB et la MOB, montrant un effet net sur le gain en les MCs de la MOB, mais pas dans l'AOB. Fait intéressant, malgré les différences frappantes dans les actions neuromodulateurs sur les neurones de sortie, l'inhibition de la libération d'ACh chemogenetic produit des perturbations similaires dans les comportements olfactifs médiés par ces deux régions. La diminution de l’ACh dans l'OB a perturbé la discrimination naturelle des odeurs liées moléculairement et l'enquête naturelle des odeurs associées à des comportements sociaux. Ainsi, la neuromodulation distincte par l’ACh dans ces circuits pourrait déclencher des solutions différentes générales pour le traitement des odeurs et les médiateurs chimiques, ainsi que les comportements olfactifs diverses qu'ils déclenchent. / Neuromodulation of olfactory circuits by acetylcholine (ACh) plays an important role in odor discrimination and learning. Early processing of chemosensory signals occurs in two functionally and anatomically distinct regions, the main and accessory olfactory bulbs (MOB and AOB), which receive significant cholinergic input from the basal forebrain. Here we explore the regulation of AOB and MOB circuits by ACh, and how this modulation influences olfactory mediated behaviors. Surprisingly, despite the presence of a conserved circuit, activation of muscarinic ACh receptors revealed marked differences in cholinergic modulation of output neurons: excitation in the AOB and inhibition in the MOB. Granule cells (GCs), the most abundant intrinsic neuron in the OB, also exhibited a complex muscarinic response. While GCs in the AOB were excited, MOB GCs exhibited a dual muscarinic action, a hyperpolarization and an increase in excitability uncovered by cell depolarization. Furthermore, ACh had a different effect on the input/output relationship of MCs in the AOB and MOB, showing a net effect on gain in MCs of the MOB, but not in the AOB. Interestingly, despite the striking differences in neuromodulatory actions on output neurons, chemogenetic inhibition of ACh release produced similar perturbations in olfactory behaviors mediated by these two regions. Decreasing ACh in the OB disrupted the natural discrimination of molecularly related odors and the natural investigation of odors associated with social behaviors. Thus, the distinct neuromodulation by ACh in these circuits could underlie different solutions to the processing of general odors and semiochemicals, and the diverse olfactory behaviors they trigger.

IntroductionLa neurostimulation vagale (NSV) à haute fréquence (30 Hz) est utilisée commethérapeutique de certaines formes d’épilepsie et de dépression réfractaires aux traitements chezl’Homme. De plus, la NSV à basse fréquence (5 Hz) a été expérimentée avec succès chez l’animalpour traiter différentes inflammations périphériques, notamment digestives. Des travaux récents ontmis en évidence que cet effet anti-inflammatoire est induit par l’activation des fibres efférentesvagales, libérant en périphérie de l’acétylcholine, inhibant la sécrétion des cytokines proinflammatoires.Cette voie est connue sous le nom de voie anti-inflammatoire cholinergique.Toutefois, le mécanisme d’action de la NSV 5 Hz reste mal connu et d’autres voies pourraient êtremises en jeu impliquant le système nerveux central (SNC) et le système immunitaire périphérique.ButLes travaux réalisés ont eu pour objectif d’étudier l’implication du SNC et du systèmeimmunitaire dans la modulation de l’inflammation induite par la NSV basse fréquence chez unmodèle de rat anesthésié. Tout d’abord, afin d’étudier l’implication du SNC lors de la NSV 5 Hz, uneétude d’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf) a été réalisée sur le rat «sain»anesthésié. Ensuite, une étude a été effectuée sur l’effet de la NSV sur les cellules immunitairesspléniques ainsi que sur le tube digestif chez un modèle de rat «sain» puis chez un modèle de ratatteint d’une colite expérimentale induite par une injection intra-colique d’acide trinitrobenzènesulfonique (TNBS).RésultatsLes données obtenues lors de l’étude d’IRMf ont mis en évidence un rôle important desfibres afférentes vagales; elles modulent certaines structures du SNC qui pourraient participer à larégulation de l’inflammation digestive induite par la NSV 5 Hz. Les études réalisées sur les souspopulationslymphocytaires spléniques ont révélé que d’autres cellules immunitaires que lesmacrophages étaient impliquées lors de la NSV. Chez le modèle de rat «sain», les résultats decytométrie en flux ont montré que la NSV 3h 5 Hz induisait une diminution de l’activation deslymphocytes T CD4 ainsi que du pourcentage de NKT par rapport aux lymphocytes T. Ces résultatssont en faveur d’un rôle de la NSV 3h inhibant l’activation lymphocytaire et jouant un rôle sur les NKTpossédant des propriétés immunorégulatrices. La NSV 3h n’a pas le même effet chez le modèle de ratprésentant une colite. En effet, le dosage de cytokines sécrétées par les splénocytes en culturemontre que la NSV augmente le potentiel de sécrétion d’IL-10 (cytokine anti-inflammatoire) dessplénocytes et plus particulièrement des lymphocytes T CD4 spléniques. Parallèlement, l’effet antiinflammatoirede la NSV a été mis en évidence au niveau du côlon transverse (au-dessus de la zonelésée) par une diminution des ARNm de SOCS3 et du TNF-α et de la myéloperoxidase. Ces donnéesont démontré un rôle de la NSV sur la fonctionnalité des lymphocytes T CD4 spléniques. La NSV 3h 5Hz orienterait la réponse immunitaire vers une réponse anti-inflammatoire en phase d’initiationd’inflammation digestive. De plus, l’effet anti-inflammatoire de la NSV est retrouvé au niveau du tubedigestif au-dessus de la zone lésée (côlon transverse).ConclusionCes données expérimentales montrent que d’autres voies impliquant différents typescellulaires sont susceptibles d’être mises en oeuvre par la NSV basse fréquence. Elle induitl’implication du SNC par l’activation des afférences vagales et des cellules immunitaires spléniquestelles que les lymphocytes T CD4 et les NKT. Un effet anti-inflammatoire de la NSV est retrouvé auniveau du côlon transverse, mais pas au niveau des lésions dans le côlon distal. Ces résultatsprésentent des implications thérapeutiques : la NSV basse fréquence est actuellement en essaiclinique pour être utilisée comme traitement dans la maladie de Crohn. / Introduction High frequency(30 Hz)vagus nerve stimulation(VNS)has been approved as a treatment for some types of epilepsy and depression in humans. Low-frequency (5 Hz)VNS has also been successful for the treatment of different animal inflammation models, notably digestive inflammation. Recent studies have shown that the anti-inflammatory effect is induced by the activation of the efferent vagal fibers, which secrete acetylcholine in periphery. It links itself to α-7-nicotinic receptors on the macrophages surface, inhibiting the release of pro-inflammatory cytokines. This pathway is known by the name of the cholinergic anti-inflammatory pathway. However, the mechanism of action of low-frequency VNS remains unclear and other pathways could be involved implicating the central nervous system (CNS) and the immune system. Aim The aim of this study was to evaluate the implication of the CNS and the immune system in the modulation of inflammation induced by low-frequency VNS in an anaesthetized rat model. Firstly, to study the implication of the CNS and the contribution of the afferent vagal fibers during 5Hz VNS, a study using functional magnetic resonance imaging (fMRI) on a «healthy» anaesthetized rat model was carried out. Secondly, an experiment on the effect of VNS on splenic immune cells as well as on the digestive tract was fulfilled on a «healthy» rat model followed by a study on a rat model of colitis induced by intracolonic injection of trinitrobenzene sulfonic acid (TNBS). Results fMRI data brought to light an important role of the afferent vagal fibers. They modulate some structures of the CNS which could contribute to the modulation of digestive inflammation by 5Hz VNS. The studies carried out by FACS on the sub-populations of splenic lymphocytes revealed that other immune cells than macrophages could be implicated by VNS. In the «healthy» rat model, with no digestive inflammation, FACS data show that 3h VNS decreases T CD4 lymphocytes activation and the percentage of NKT in relation to T lymphocytes. These data are in favor of an inhibiting role of VNS on lymphocytes activation and also has an impact on NKT cells which have immunoregulatory properties. 3h VNS does not have the same effect on the rat model of colitis. In fact, the quantification of secreted cytokines by cultured splenocytes show that VNS increases the potential of IL-10(anti-iflammatory)cytokine by splenocytes and particularly splenic T CD4 lymphocytes. In the same way, the anti-inflammatory effect of VNS is seen in the transverse colon (above the lesions): decrease of TNF-α and SOCS3 mRNA and of myeloperoxidase. These results show a role of VNS on the functionality of splenic T CD4 lymphocytes inducing an important secretion of IL-10. 3h low-frequency VNS turns the immune response towards an anti-inflammatory response during the early phase of digestive inflammation. Moreover, VNS anti-inflammatory effect is seen in the transverse colon, above the lesions. Conclusion These results reveal that other pathways implicating different cell types are potentially involved besides the classic cholinergic anti-inflammatory pathway by low-frequency VNS. It implicates CNS by the activation of vagal afferents and splenic immune cells such as T CD4 lymphocytes and NKT cells. An anti-inflammatory effect of VNS is found in the transverse colon (above the lesions) even during the initiation phase of digestive inflammation, but not in the distal colon (in the lesions). These date have therapeutic implications: low-frequency VNS is being clinically tested at the moment as a treatment for Crohn's disease.

Introduction : La dystonie est définie comme un syndrome de cocontractions musculaires soutenues aboutissant à des mouvements répétitifs et des postures anormales. Cependant la physiopathologie des dystonies reste mal comprise. Les études menées chez l’homme soulignent le rôle crucial des ganglions de la base dans la physiopathologie des dystonies. Des données récentes obtenues chez le rongeur suggèrent l’implication d’un désordre de la transmission cholinergique striatale mais es modèles qu’ils soient génétiques ou pharmacologiques n’aboutissent pas toujours à un phénotype de dystonie. C’est pourquoi il était important de proposer une étude chez le primate non humain, visant à vérifier notre hypothèse de travail, à savoir : est-ce qu’une augmentation de la transmission cholinergique dans le putamen est capable d’induire un phénotype clinique de dystonie similaire à celui rencontré chez l’homme.Méthodes : Nous avons réalisé des infusions chroniques d’un agoniste muscarinique non sélectif (Oxotremorine) au sein du territoire sensori-moteur du striatum chez le primate non-humain. Les symptômes cliniques induits par ce produit ont été évalués à l’aide de l’échelle de Burke-Fahn-Marsden (BFM) adaptée à l’animal. Nous avons également utilisé une approche électromyographique pour caractériser l’activité musculaire en lien avec la clinique ainsi que des enregistrements de l’activité Multi-Unitaire et Unitaire au sein des ganglions de la base afin d’établir des corrélations électro-cliniques.Résultats : Les infusions d’Oxotremorine nous ont permis d’observer : (i) des postures et des mouvements anormaux similaires aux mouvements dystoniques rencontrés en pathologie humaine ; (ii) une fréquence de décharge neuronale anormalement basse dans le GPi (13,5Hz) et un pattern de décharge de type « bursty » principalement lorsque les symptômes sont sévères ; (iii) une activité oscillatoire (28-30Hz) au sein du putamen, du GPe et du GPi; (iv) l’absence de cohérence de l’activité oscillatoire entre ces structures ; (v) que le GPi est la seule structure à présenter une cohérence de l’activité oscillatoire.Conclusion : Nos travaux démontrent pour la première fois qu’un modèle de dystonie chronique peut être obtenu chez le primate non humain par augmentation du tonus cholinergique dans le putamen. Ce travail valide l’hypothèse de l’implication des interneurones cholinergiques dans la physiopathologie des dystonies. Ils confortent l’idée qu’une augmentation du tonus cholinergique peu à elle seule induire un phénotype de dystonie. / Introduction: Dystonia is defined as a syndrome of sustained muscular cocontractions leading to repetitive movements and abnormal postures. However, the pathophysiology of dystonia remains poorly understood. Studies in humans emphasize the crucial role of basal ganglia in the pathophysiology of dystonia. Recent data in rodents suggest the involvement of a disorder in the striatal cholinergic transmission. But these genetic or pharmacological rodent models do not always express the phenotype of dystonia. Therefore, it was important to propose a primate study to test whether an increase of cholinergic transmission within the putamen is able to induce a clinical phenotype of dystonia similar to that seen in humans.Methods: To verify our hypothesis, we chronically infused non-selective muscarinic agonist (Oxotremorine) in the sensory-motor striatum in non-human primates. Dystonic clinical symptoms induced by this drug were assessed using the Burke-Fahn-Marsden (BFM) scale adapted to animals. We used electromyographic approach to characterize muscular activity linked to clinical symptoms, and we recorded Multi-Unit and Single-Unit neuronal activity in basal ganglia to establish electro-clinical correlations.Results: The infusions of Oxotremorine allowed us to observe: (i) abnormal postures and movements similar to the dystonic movements encountered in human pathology; (ii) an abnormally low neuronal firing frequency in the GPi (13.5Hz) and a bursty firing pattern mainly when the symptoms where severe; (iii) oscillatory activity (28-30Hz) within the putamen, GPe and GPi; (iv) the lack of coherence of the oscillatory activity between these structures; (v) that the GPi is the only structure to present a coherence of the oscillatory activity.Conclusion: We have demonstrated for the first time that a model of chronic dystonia can be obtained in non-human primates by increasing cholinergic tone in the putamen. This work validates the hypothesis of an involvement of cholinergic interneurons and striatal acetylcholine levels in the pathophysiology of dystonia.

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.