Le cerveau et la moelle épinière adultes sont câblés pour traiter l’information sensorielle et la transformer en patrons d’activité cohérents qui forment la base de la perception du monde extérieur et de la motricité. Ces connexions très précises, loin d’être complètement établies à la naissance, sont affinées par l’activité électrique. Des activités spontanées (AS) peuvent être générées en l’absence de stimulation extrinsèque au système considéré. Au niveau de la moelle épinière, les AS sont responsables des mouvements spontanés et des tremblements myocloniques observés chez tous les mammifères immatures y compris chez l’humain. Elles constituent en quelque sorte les premiers pas du réseau locomoteur, ce qui signifie d’une part, qu’elles apparaissent avant l’émergence d’une activité de type locomotrice, et d’autre part, qu’elles participent à la mise en place et au raffinement d’un réseau moteur fonctionnel. La locomotion est générée par des réseaux de neurones localisés au niveau de la moelle épinière lombaire. Ces neurones constituent le générateur de rythme locomoteur (ou CPG, pour « central pattern generator »). Contrairement aux AS, l’activité locomotrice est déclenchée par une stimulation du réseau. Le patron locomoteur de décharges rythmiques est alterné de chaque côté de la moelle spinale, et entre les racines lombaires qui innervent des muscles extenseurs et fléchisseurs. / The mature brain and spinal cord are precisely wired to process sensory information into coherent patterns of activity that form the basis of our perception and motor behaviors. This precise wiring is not fully developed at birth. The pattern of connections that emerges during prenatal development only roughly approximates the final wiring. This initially coarse pattern of connections is subsequently refined by activity-dependent mechanisms that match precisely the presynaptic neurons to their appropriate target cells. In spinal cord, spontaneous activity (SA) is responsible for spontaneous limb movements and myoclonic twitching observed in all immature mammals, including human babies. SA can be seen as the first steps of the locomotor network since its participates in the development of the locomotor system.Locomotion is produced by neural networks located in the spinal cord (Central Pattern Generators (CPGs). Activation of CPGs, evokes a fictive locomotor pattern consisting of alternation between the motor bursts on the left and right sides of the spinal cord, as well as alternation between flexor and extensor bursts on the same side. Operation of neural networks depends on the balance between excitation and inhibition. At early stages of development, neuronal assemblies are hyperexcitable mainly because of GABA and glycine, the major inhibitory neurotransmitters in adults,that are depolarizing. GABA and glycine action depends on the intracellular concentration of chloride ([Cl-]i) which is finely regulated by specific cation-chloride co-transporters, called KCC2 and NKCC1.

La spasticité est l’une des nombreuses complications motrices qui peuvent apparaître après une lésion de la moelle épinière. Elle est présente dans 75 % des patients médullo-lésés et se caractérise par une hypertonie musculaire en réponse à un réflexe d’étirement. Les traitements actuels, qui ciblent les symptômes et non les causes de la spasticité, sont peu efficaces. Bien que les mécanismes neurologiques qui sous-tendent la spasticité soient complexes et restent en grande partie méconnus, un certain consensus se dégage sur le fait qu’elle est associée à une hyperexcitabilité intrinsèque des motoneurones et à une levée de l’inhibition des réflexes spinaux. L’hyperexcitabilité motoneuronale se manifeste par une décharge soutenue de potentiels de plateau et résulte en partie d’une augmentation des courants entrants persistants sodiques (INaP). La désinhibition découle, en partie, d’une baisse de l’expression des cotransporteurs potassium-chlorure de type 2 (KCC2) à la membrane des motoneurones, modifiant ainsi le gradient électrochimique des ions Cl- et donnant un caractère excitateur aux deux principaux neurotransmetteurs inhibiteurs que sont le GABA et la glycine. Néanmoins, les mécanismes à l’origine des dérégulations du courant INaP et des co-transporteurs KCC2 ne sont toujours pas élucidés. / Spasticity is commonly caused by several pathologies and specifically after a spinal cord injury (SCI). Spasticity is usually associated with hypertonia, clonus, muscle spasm and pain. The present thesis aims to identify the upstream mechanism in the pathophysiology of spasticity Calpain, a calcium-activated cysteine protease, has been shown to participate in the development of the inflammatory processes after SCI. Of special interest, some determinants governing the inactivation of sodium (Na+) channels are sensitive to proteases and their proteolytic cleavage prevents inactivation of Na+ channels. As a result, INaP is strongly increased. It is worth mentioning that the C-terminal domain of KCC2 is also sensitive to proteases which alter KCC2 ability to extrude Cl- ions. Among the different proteases, calpains are able to truncate both Na+ channels and KCC2 transporters. This led us to consider the exciting possibility that a proteolytic cleavage of both Na+ channels and KCC2 by calpains could compose an upstream inflammatory mechanism contributing to the development of spasticity after SCI. My thesis demonstrates that the cleavage of Na+ channels and KCC2 by calpain after SCI, is responsible for the upregulation of INaP and disinhibition of motoneurons, that both act synergistically to generate spasticity. Calpain inhibition by MDL28170 reduced the cleavage of both Na+channels and KCC2 associated with a respective downregulation of INaP, hyperpolarizing shift of the EIPSP, and an alleviation of spasticity. The thesis represents a significant breakthrough by opening novel perspectives to develop therapies.