La théorie standard de la consolidation mnésique postule que le stockage à long terme des souvenirs, initialement dépendant de la formation hippocampique, s’effectuerait par l’intermédiaire d’un dialogue hippocampo-cortical au cours duquel l’hippocampe (HPC) se désengagerait progressivement jusqu’à ce que le néocortex devienne à lui seul capable de sous-tendre le rappel des souvenirs. Plusieurs études réalisées chez l’animal, notamment dans le paradigme du labyrinthe à 5 bras validé par l’équipe, confortent cette théorie. Cependant, une exception à ce mode de consolidation est observée dans la tâche de navigation spatiale du labyrinthe aquatique de Morris pour laquelle l’HPC est impliqué de façon permanente dans le rappel quel que soit l’âge des souvenirs. Cette observation a conduit à relancer le débat sur la validité du modèle standard de la consolidation au profit de la théorie des traces multiples (TTM) qui plaide en faveur d’une implication permanente de l’hippocampe lors du rappel d’informations complexes, de nature spatiale ou épisodique. La résolution de la tâche de navigation pourrait en effet nécessiter une intégration spatiale plus complexe que dans le labyrinthe à 5 bras susceptible d’expliquer l’implication durable de la région hippocampique. Ces observations nous ont amenés à réévaluer la composante spatiale du labyrinthe à 5 bras et à développer un nouvel appareil, le labyrinthe à 7 bras, présentant un certain nombre d’innovations. Dans cet appareil, les animaux doivent apprendre à localiser l’unique bras appâté (mémoire de référence) grâce à l’utilisation d’indices spatiaux. Deux versions du protocole ont été mises au point afin de moduler la demande spatiale de la tâche : une version à point de départ fixe (VPF) et une version à points de départ multiples (VPM) (...) Ces travaux nous conduisent à proposer un modèle de fonctionnement de l’interface hippocampocorticale qui intègre la nature et la complexité des représentations mnésiques comme des éléments modulateurs déterminants de la dynamique du dialogue hippocampo-cortical au cours du processus de consolidation mnésique. / Abstract

Selon la théorie du replay, le sommeil améliore la consolidation mnésique des apprentissages récents à travers leur réactivation. Pour tester cette hypothèse, nous avons utilisé le modèle de la somniloquie : les paroles nocturnes reflétant le contenu mental du dormeur et les informations qu’il est en train de traiter. La somniloquie survient fréquemment dans le cadre de parasomnies de sommeil lent (somnambulisme) ou de sommeil paradoxal (TCSP). Nous avons d’abord montré comment ces deux parasomnies correspondaient à la mise en gestes et en paroles du contenu mental du dormeur, avec une prédominance en sommeil lent de rêves de catastrophes que les somnambules fuyaient et en sommeil paradoxal, de rêves d’agressions d’animaux ou de personnes que les patients contre-attaquaient. Ceci soutient le concept de la fonction évolutionniste des rêves comme un entraînement virtuel à « fuir ou combattre » les menaces. Ensuite, nous avons utilisé les somniloquies pour tester si un apprentissage verbal récent était consolidé pendant le sommeil mais aussi si certains mots étaient répétés en dormant. Nous avons d’abord montré que la consolidation mnésique verbale liée au sommeil était bien conservée chez les somnambules comme chez les patients atteints de TCSP, même déments, comparée aux sujets normaux. Ensuite, nous n’avons pas identifié de réexécution de phrases apprises la veille lors des somniloquies de sommeil lent, mais avons identifié chez un patient avec TCSP, un élément sémantique évoquant une réutilisation du contexte de l’histoire. Enfin, nous avons collecté 883 verbatim nocturnes et décrit les aspects acoustico-phonétiques, prosodiques et sémantiques du langage nocturne. / According to the replay theory, sleep improves memory consolidation of recent learning through their reactivation. To test this hypothesis, we used the model of sleep-talking: the words uttered reflecting the mental content of the sleeper and the information he is proceeding. Sleep-talking occur frequently within the context of slow wave sleep (sleepwalking) or REM sleep parasomnias (RBD). We first showed how these two parasomnias corresponded to the setting gestures and words of the mental content of the sleeper, with predominance during slow wave sleep of dreams featuring disasters that sleepwalkers fleeing, and during REM sleep of dreams of attacks by animals or people that subjects counterattack. This supports the concept of evolutionary function of dreams as a virtual drive to “fight or flight” threats. Then, we used sleep-talking to test if a recent verbal was not only consolidated during sleep but also if some words were repeated while sleeping. We first showed that verbal memory consolidation related to sleep was preserved in sleepwalkers as in patients with RBD, even with dementia, compared with normal subjects. Then, we haven’t identified rehearsed sentences of the material learned the day before during slow wave sleep parasomnias, but we identified in a subject with RBD, a semantic component evoking a rehearse of the context of the learned history. Finally, we collected 883 verbatim during sleep and describes the acoustic-phonetic, prosodic and semantic aspects of sleep-talking.

S’il est bien établi que le flux sanguin cérébral est distribué en fonction de la demandemétabolique des neurones, aucune étude n’a exploré la contribution du réseauvasculaire au processus de consolidation mnésique qui requiert un dialoguehippocampo-cortical permettant le remodelage progressif des réseaux neuronauxcorticaux sous-tendant la trace mnésique ancienne stabilisée.Utilisant un test comportemental induisant une mémoire olfactive associative chez lerat couplé à des techniques d’imagerie cellulaire ex vivo, nous montrons pour lapremière fois, chez le rat adulte sain, une dissociation fonctionnelle entre réactivité etarchitecture du réseau vasculaire cérébral. Nous mettons en évidence des modificationsde signalisation calcique des artères cérébrales qui suggèrent que leur dynamiques’adapte pour permettre l’expression du souvenir. De plus, suivant une cinétiquedifférente, le réseau vasculaire se densifie par angiogenèse dès le lendemain del’apprentissage, y compris dans les régions du cortex ne prenant en charge le souvenirque plusieurs semaines plus tard. En stimulant spécifiquement cette angiogenèse parinjection d’agents pharmacologiques dans le cortex, nous améliorons les performancesdes rats lors du rappel de mémoire ancienne.Pris dans leur ensemble, nos résultats soulignent l’importance de la plasticitévasculaire dans la modulation de la plasticité neuronale et des fonctions cognitives. Ilssuggèrent en outre que les changements structuraux précoces du réseau vasculairepourraient constituer un mécanisme permissif à l’origine de la régulation des épinesdendritiques corticales impliquées dans la formation et le stockage à long terme dessouvenirs.Mots / While there is consensus that cerebral blood flow is distributed according to themetabolic demand of neurons, the contribution of vascular networks to memoryconsolidation, the process by which memories acquire stability over time, remainsunknown. This process requires a transitory hippocampal-cortical interaction allowingthe progressive remodeling of cortical neuronal networks supporting the remotememory trace.By using a behavioral task requiring an associative olfactory memory coupled to cellularimaging techniques, we first reveal, in adult healthy rats, a functional dissociationbetween the reactivity and the architecture of cerebral vascular networks. We identifycalcium signaling changes that occur in specific cerebral arteries, pointing to theirability to adapt their dynamics upon retrieval to enable the successful expression ofeither recent or remote memories. Moreover, we show that vascular networks undergo atime-dependent densification via an angiogenesis mechanism as early as one day afterlearning, including in cortical regions which will only support memory storage andretrieval weeks later. By specifically stimulating this early cortical angiogenesis, we wereable to improve the performance of rats tested for remote memory.Taken together, our results highlight the importance of vascular plasticity inmodulating neuronal plasticity and cognitive functions. They also suggest that the earlystructural changes within vascular networks could constitute a permissive mechanismwhich regulates the development of cortical dendritic spines thought to support theprogressive formation and storage of enduring memories.

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

La navigation et les modes de déplacement intéressent la communauté scientifique depuis maintenant près d'un demi siècle. Cependant, l’augmentation de l’incidence des troubles dégénératifs du système nerveux central chez l’homme rend plus prégnante la nécessité de compréhension de la navigation et de l’influence du temps sur celle-ci. S'il est connu chez l'homme comme chez le rongeur que l'avancée en âge affecte les capacités à se déplacer dans de vastes environnements, peu de données sont disponibles quant aux processus cognitifs impliqués dans ce type de comportement et leurs éventuelles modulations avec l'âge. La définition des stratégies utilisées, l’incidence respective des mécanismes allocentriques et égocentriques, la capacité de mise en œuvre d’une stratégie au moment demandé, lors d’un rappel à court ou à long délai, l’influence du temps qui passe sont autant de questions que nous avons abordées dans ce travail de thèse. Afin d’effectuer ces études, nous avons développé des tâches en environnements virtuels modélisés sur ordinateur et utilisé des tests neuropsychologiques nécessitant la mobilisation des compétences visuo-spatiales. Dans une première étude utilisant une épreuve de localisation spatiale, les résultats obtenus mettent en évidence chez les personnes âgées, une altération des aptitudes lors de la mise en œuvre d’une stratégie allocentrique, sans atteinte des performances égocentriques. La deuxième étude utilisant une version virtuelle du test de la piscine de Morris reconnu comme une tâche allocentrique chez le rongeur, conforte ces données. De façon similaire dans les deux études, les personnes âgées présentent une altération de la sélection et de l’exécution de la stratégie de déplacement qui s’avère optimale pour résoudre la tâche spatiale. Nous avons également mis en évidence une difficulté, chez ces mêmes participants, à utiliser une représentation mentale globale de l’espace, sans toutefois qu’il soit possible de distinguer si l’origine de cette difficulté vient d’une altération de la formation ou de la récupération de cette « carte cognitive ». Le temps pourrait également jouer son rôle de par le délai entre l'acquisition d'une information spatiale et le moment où il est nécessaire de l’utiliser à nouveau. En étudiant l’effet du délai sur la trace mnésique spatiale, nous avons observé que les sujets jeunes utilisant de façon prédominante une stratégie allocentrique voyaient leurs performances diminuer lors d’un rappel après quatre semaines alors que celles des sujets âgés restaient inchangées. Ceci soulève bien entendu la question de la différence d’encodage des informations entre les sujets jeunes et âgés, avec un versant plus détaillé chez les sujets jeunes, mais surtout s’intègre au sein du débat actuel sur l’existence d’une modification de la trace mnésique qui pourrait selon la théorie des traces multiples de la consolidation, évoluer vers un souvenir plus schématisé avec le délai. Les résultats d’une dernière étude dans laquelle nous manipulons le contexte environnemental de la piscine virtuelle de Morris, amène des arguments en faveur d’une « schématisation » du souvenir au cours de la consolidation, en mettant en évidence une absence de discrimination par les participants, d’un changement des repères spatiaux lors d’un rappel de l’information après six semaines de délai. Toutes ces données sont discutées dans le cadre du débat actuel de la consolidation, notamment sur la contribution de l’hippocampe dans le stockage et le rappel des informations anciennes. A la lumière de nos données, nous proposons une vue intégrative du fonctionnement de l’interface hippocampo-corticale lors des rappels après un court et long délai, en fonction de l’âge. / While the detrimental effects of human aging on cognitive functions are well documented, how normal aging affects spatial memory processing and the organization of recent and long-term memories remains unclear. What are the cognitive strategies used when confronted to spatial navigation in large environments? How are the selection and use of these strategies affected by aging? How are recent and long-term remote memories organized as a function of aging during systems-level consolidation? These are the questions we sought to address during the course of this Ph.D. thesis by developing a series of virtual environments aimed at assessing spatial navigation and memory performance in young adults and aged participants. In a first series of experiments, participants were tested for object location memory in a virtual environment (a medieval castle) that enabled shifts in spatial viewpoints between study and test. Aged participants exhibited poor performance relative to young adults only in the shifted view conditions, thus providing strong evidence for a decline in allocentric, but not egocentric, spatial memory. In contrast to young adults, aged participants exhibited difficulties in processing efficiently distal cues of the environment and were less prone to adopt allocentric strategies. Manipulations of the spatial layout of the environment led us to the conclusion that aging seems to preferentially interfere with the capacity to form or use mental representations built upon all pieces of the environmental features which typically, are never in full view in real world large-scale environments. In a second set of experiments, participants were tested in an ecologically-relevant virtual version of the Morris water maze which mimics that classically used in rodents. Aged participants performed more poorly compared to middle-aged and young adults and formed a more schematic spatial memory. They favoured a directional single cue-based strategy to locate the hidden platform contrasting with young adults who formed complex geometrical relationships between distal cues of the environment. A neuropsychological test battery confirmed that binding of unrelated items and abilities to mentally manipulate information were two processes involved in solving the water maze task. Thus, upon acquisition, aged participants had difficulties in forming experientially detailed cognitive maps and in binding unrelated features of the environment into a cohesive spatial memory, possibly indicative of altered hippocampal-frontal circuitry. We next proceeded to examine the organization of spatial memory as a function of time. Long-term memory assessed 4 weeks after acquisition revealed that performance decreased more rapidly in young adults compared to elderly participants, suggesting that the passage of time differentially affects the content of spatial memory, richly detailed spatial memories being more vulnerable to decay than schematic ones. This concept of memory transformation (i.e. memories are not stored in the cortex in their original form) was supported by findings of a last experiment in which we provide evidence that participants failed in detecting changes in the spatial layout of the pool as memories matured over time. All these findings are discussed in the context of the current debate about the concept of memory consolidation which opposes the standard model of memory consolidation to the multiple trace theory, two views which make different predictions about the contribution of the hippocampus to remote memory storage and retrieval. In light of our own findings, we attempt to propose an integrative view of the functioning of the hippocampal-cortical interface during recent and remote memory retrieval as a function of normal aging.

La formation et le stockage à long terme des souvenirs mettent en jeu le processus de consolidation mnésique. S’il est maintenant bien admis que ce processus requiert une interaction entre la formation hippocampique et différentes régions corticales dépositaires des souvenirs, les mécanismes qui sous-tendent ce dialogue restent encore mal connus. En combinant chez le rat des approches comportementale, d’imagerie cellulaire et d’inactivations pharmacologiques des voies de signalisation intracérébrales impliquées dans l’épigenèse, nous avons cherché dans ce travail de thèse à élucider certains des mécanismes responsables de la formation des souvenirs au niveau cortical. Dans la perspective de pouvoir appréhender de façon temporellement précise le dialogue hippocampo-cortical au cours du processus de consolidation à l’échelle systémique, notre premier objectif a été de valider une épreuve comportementale adaptée à l’étude de ce processus, la transmission sociale de préférence alimentaire. Nos résultats ont montré que cette tâche, qui ne nécessite qu’une phase d’acquisition ponctuelle, induit une mémoire robuste et durable. Cette mémoire s’appuie sur des stimuli olfactifs de nature non spatiale. Son caractère associatif nécessite l’implication fonctionnelle de l’hippocampe et de régions corticales spécifiques comme le cortex orbitofrontal qui joue un rôle crucial dans le traitement d’informations de nature olfactive. Dans une deuxième série d’expériences, une approche d’imagerie cellulaire utilisant le facteur de transcription c-fos couplée à une approche pharmacologique d’inactivation transitoire région-spécifique a révélé le rôle crucial du cortex orbitofrontal dans le rappel d’informations anciennes (délai de 30 jours) mais pas récentes (délai de 1 jour). Nous avons par ailleurs mis en évidence que la consolidation des informations dans cette structure s’accompagnait de changements progressifs de l’architecture des réseaux neuronaux comme la formation de nouvelles synapses (synaptogénèse) ou l’augmentation du nombre d’épines dendritiques. En accord avec le modèle standard de la consolidation mnésique, ce recrutement cortical était associé à un désengagement de l’hippocampe, confirmant le rôle transitoire de cette structure dans le rappel à long terme d’informations olfactives associatives. Dans une troisième série d’expériences, nous nous sommes intéressés aux mécanismes pouvant sous-tendre l’établissement de la mémoire à long terme au niveau cortical. Nos résultats apportent un éclairage nouveau sur la dynamique des interactions hippocampo-corticales pendant la consolidation systémique en démontrant la nécessité d’un étiquetage des assemblées neuronales du cortex orbitofrontal dès l’encodage des informations. Un blocage de cet étiquetage par une inactivation de ce cortex au moment de l’interaction sociale (phase d’acquisition) a perturbé le rappel à long terme et empêché les modifications de l’architecture des réseaux neuronaux corticaux normalement associés au stockage à long terme des informations olfactives. Sur le plan cellulaire, cet étiquetage requiert l’activation des récepteurs NMDA et de la voie des MAPK, ainsi que l’acétylation des protéines histones impliquées dans la régulation de l’état transcriptionnel de la chromatine. En modifiant leur état d’acétylation, nous avons pu moduler positivement ou négativement le rappel à long terme des informations olfactives relatives à la préférence alimentaire. Ainsi, nos données soulignent l’importance du dialogue hippocampo-cortical dans l’établissement de la mémoire à long terme. / Abstract :

Les réseaux vasculaires cérébraux adaptent leur activité à la demande métabolique des neurones environnants, mais leur contribution fonctionnelle à la consolidation de la mémoire, processus par lequel les traces mnésiques se stabilisent dans le temps, reste inconnue. A l’aide d’un test de mémoire olfactif associatif couplé à des approches biochimiques et d’imagerie cérébrale chez le rat, nous avons étudié la dynamique des changements vasculaires au cours de la consolidation mnésique qui nécessite une interaction transitoire entre l'hippocampe et les régions corticales constituant les sites dépositaires des souvenirs. Nous montrons que la formation d’une mémoire durable est associée, dès l’encodage, à un signal hypoxique qui déclenche une angiogenèse transitoire dans des régions corticales spécifiques impliquées plus tard dans le stockage des souvenirs. Manipuler cette angiogenèse corticale précoce (ACP) par blocage ou stimulation spécifique de la voie de signalisation de l'angiopoïétine-2 perturbe, ou améliore, le rappel des informations anciennement acquises. Stimuler l’ACP chez un modèle de rats hypertendus présentant des déficits d’activation de la voie de l’angiopoïetine-2 et de formation de la mémoire pallie le déficit mnésique observé, confirmant l'importance fonctionnelle de l’ACP comme un prérequis à la formation des souvenirs. L'hypergravité, connue pour altérer les fonctions vasculaires, n’a pas modifié l'organisation de la mémoire. Nos résultats identifient l’ACP comme un processus neurobiologique crucial sous-tendant la formation et la stabilisation des souvenirs. Ils révèlent l'importance de la plasticité vasculaire dans la modulation des fonctions cognitives et suggèrent que les changements structurels précoces du réseau vasculaire cérébral constituent un mécanisme permissif pour la régulation de la plasticité neuronale au sein des réseaux corticaux impliqués dans la formation progressive et le stockage des souvenirs. / While the cerebral microvasculature is known to adapt its activity according to the metabolic demand of surrounding neurons, the functional contribution of vascular networks to memory consolidation, the process by which memory traces acquire stability over time, remains elusive. By using an associative olfactory memory task in rats coupled to biochemical and imaging techniques, we investigated the dynamics of vascular changes during memory consolidation which requires a transitory interaction between the hippocampus and distributed cortical regions that ultimately support storage of enduring memories. We found that remote memory formation was associated, upon encoding, with a hypoxic signal that triggered transitory angiogenesis in specific cortical regions which support memory storage and retrieval only weeks later. Manipulating early cortical angiogenesis (ECA) by selectively blocking or stimulating the angiopoietin-2 signaling pathway impaired or improved remote memory retrieval, respectively. Enhancing ECA in spontaneously hypertensive rats, which exhibit reduced angiopoietin- 2 expression when cognitively challenged and are unable to properly stabilize and/or retrieve remotely acquired information, was efficient in rescuing the observed memory deficit, thus confirming the functional importance of ECA as a prerequisite for the formation of remote memories. Hypergravity, known to impair vascular functions, failed to alter the organization of recent and remote memory. Altogether, our findings identify ECA as a crucial neurobiological process underlying the formation and stabilization of remote memory. They highlight the importance of vascular plasticity in modulating cognitive functions and suggest that the early structural changes within vascular networks constitute a permissive mechanism for the regulation of neuronal plasticity within cortical networks which support the formation and storage of enduring memories.

Les modifications post-traductionnelles des histones jouent un rôle majeur dans la régulation de l’expression de gènes impliqués dans la plasticité et la mémoire. Parmi ces modifications, l’acétylation des histones permet le maintien de la chromatine dans un état « permissif », accessible pour la transcription. Nos travaux visent à identifier le rôle joué par l’acétylation de deux histones, H3 et H4, dans la formation de différentes formes de mémoire mettant en jeu les systèmes hippocampique et striatal chez la souris. Nous avons également recherché si des perturbations d’acétylation des histones sont responsables des déficits mnésiques observés au cours du vieillissement. Nous avons utilisé deux types d’apprentissage en piscine de Morris permettant de dissocier la mémoire spatiale, impliquant principalement l’hippocampe et la mémoire procédurale/indicée, impliquant le striatum. Nos résultats mettent en lumière une régulation différentielle de l’acétylation des histones dans l’hippocampe et le striatum selon la nature de la tâche et l’âge des animaux. L’apprentissage spatial induit une augmentation de l’acétylation des histones sélectivement dans l’hippocampe (CA1 et gyrus denté) alors que la tâche indicée augmente l’acétylation des histones spécifiquement dans le striatum. Nous montrons également que des changements opposés de l’acétylation de H3 (augmentation) et de H4 (diminution) dans l’hippocampe pourraient contribuer aux déficits de mémoire spatiale observés chez les souris âgées. Lors d’un test de compétition en piscine de Morris, durant lequel les souris ont le choix entre les stratégies spatiale et indicée pour résoudre la tâche, l’injection intra-hippocampique de Trichostatine A (TSA), un inhibiteur des histones déacétylases, immédiatement après l’apprentissage, perturbe la fonction striatale et favorise l’utilisation préférentielle de la stratégie spatiale hippocampique. Cependant, cet effet de la TSA est absent chez les souris âgées dont la fonction hippocampique est altérée. Dans une dernière série d’expérience, l’analyse des effets d’une injection intra-hippocampique de TSA, après un apprentissage spatial, a permis de préciser les contributions respectives des histones H3/H4 et du facteur de transcription CREB dans les déficits mnésiques associés au vieillissement. Dans leur ensemble, nos travaux apportent des éléments importants concernant l’importance de l’acétylation des histones dans la modulation des interactions entre systèmes de mémoire hippocampique et striatal. / Post-translational modifications of histone proteins play a crucial role in regulating plasticity and memory-related gene expression. Among these modifications, histone acetylation leads to a relaxed or “opened” chromatin state, permissive for transcription. Our work aims to identify the role played by histone H3 and H4 acetylation in the formation of different forms of memory involving hippocampal and striatal systems in mice. We also examined whether alterations of histone acetylation are responsible for age-associated memory deficits. We used two versions of the Morris water maze learning task to dissociate a spatial form of memory that relies on the hippocampus and a procedural/cued memory supported by the striatum. Our results highlight a differential regulation of histone acetylation within the hippocampus and striatum depending on the nature of the task and age of animals. Spatial and cued learning elicited histone acetylation selectively in the hippocampus (CA1 region and dentate gyrus) and the striatum, respectively. Age-related spatial memory deficits were associated with opposite changes in H3 acetylation (increase) and H4 (decrease) selectively in the hippocampus. During a water maze competition task in which mice can choose between spatial and cue-guided strategies, intra-hippocampal injection of Trichostatin A (TSA), an histone deacetylase inhibitor, immediately post-acquisition, impaired striatal function and promoted the use of a hippocampus-based spatial strategy. However, this effect of TSA was absent in old mice in which hippocampal function is impaired. In a final series of experiments, analysis of the effects of intra-hippocampal TSA injection immediately after a spatial training helped to clarify the respective contributions of histone H3/H4 and the transcription factor CREB in spatial memory deficits associated with aging. Taken together, our work provides important information regarding the importance of histone acetylation in modulating interactions between hippocampal and striatal memory systems.

Initialement encodés dans l’hippocampe, les nouveaux souvenirs déclaratifs deviennent progressivement dépendants d’un réseau distribué de neurones corticaux au cours de leur maturation dans le temps. Cependant, les mécanismes cellulaires et moléculaires sous-­‐tendant la consolidation et le stockage à long terme de ces nouveaux souvenirs au sein des réseaux corticaux restent à élucider. Les récepteurs N-­‐méthyl-­‐D-­‐aspartate (RNMDA) jouent un rôle essentiel dans l’induction et la régulation des changements synaptiques sous-­‐tendant les processus mnésiques de type associatifs. Sur la base de leurs propriétés biophysiques respectives, nous avons formulé l’hypothèse que la redistribution synaptique des deux formes principales de sous-­‐unités GluN2 exprimées dans le néocortex adulte (GluN2A and GluN2B), pourrait constituer un mécanisme de régulation de la plasticité synaptique supportant l’intégration et la stabilisation progressive des souvenirs au niveau cortical au cours du processus de consolidation mnésique. En combinant, chez le rat adulte, une approche comportementale, biochimique, pharmacologique et des stratégies innovantes consistant à manipuler le trafic de sous-­‐unités des RNMDA à la surface synaptique, nos résultats mettent en évidence un changement cortical dans la composition synaptique en sous unités GluN2, lequel régule la stabilisation progressive de la mémoire à long terme au sein des réseaux corticaux. Nous avons d'abord établi que les RNMDA contenant la sous-­‐unité GluN2B, via leur interaction spécifique avec une protéine clé de la signalisation synaptique, la CaMKII, sont préférentiellement recrutés lors de la phase d’encodage pour permettre l’allocation des nouveaux souvenirs olfactifs associatifs dans un réseau de neurones corticaux spécifique. Au cours du processus de consolidation, nous avons révélé que la redistribution des RNMDA corticaux contenant les sous-­‐unités GluN2B vers l’extérieur ou l’intérieur de l’espace synaptique suite à l’apprentissage, contrôle respectivement la stabilisation de la mémoire à long terme et son oubli au cours du temps. Enfin, renforcer l’acquisition initiale conduit à une augmentation plus rapide du ratio post-­‐synaptique GluN2A/GluN2B et accélère la cinétique du dialogue hippocampo-­‐cortical, ce qui se traduit par une stabilisation accélérée des souvenirs au sein des réseaux corticaux. Pris dans leur ensemble, nos travaux montrent que le trafic des GluN2B-­‐RNMDA corticaux représente un mécanisme cellulaire majeur conditionnant le devenir des traces mnésiques (i.e. stabilisation versus oubli) et apporte un éclairage nouveau sur la façon dont le cerveau organise les souvenirs récents et anciens. / Initially encoded in the hippocampus, new declarative memories are thought to become progressively dependent on a broadly distributed cortical network as they mature and consolidate over time. Although we have a good understanding of the mechanisms underlying the formation of new memories in the hippocampus, little is known about the cellular and molecular mechanisms by which recently acquired information is transformed into remote memories at the cortical level. The N-­‐methyl-­‐D-­‐aspartate receptor (NMDAR) is widely known to be a key player in many aspects of long-­‐term experience-­‐dependent synaptic changes underlying associative memory processes. Based on their distinct biophysical properties, we postulated that the activity-­‐dependent surface dynamics of the two predominant GluN2 subunits (GluN2A and GluN2B) of NMDARs present in the adult neocortex could provide a metaplastic control of synaptic plasticity supporting the progressive embedding and stabilization of long-­‐lasting associative memories within cortical networks during memory consolidation. By combining, in adult rats, behavioral, biochemical, pharmacological and innovative strategies consisting in manipulating trafficking of NMDAR subunits at the cell membrane, our results identify a cortical switch in the synaptic GluN2-­‐containing NMDAR composition which drives the progressive embedding and stabilization of long-­‐lasting memories within cortical networks. We first established that cortical GluN2B-­‐containing NMDARs and their specific interactions with the synaptic signaling CaMKII protein are preferentially recruited upon encoding of associative olfactory memories to enable neuronal allocation, the process via which a new memory trace is thought to be allocated to a given neuronal network. As these memories are progressively processed and embedded into cortical networks, we observed a learning-­‐induced surface redistribution of cortical GluN2B-­‐containing NMDARs outwards or inwards synapses which respectively drives the progressive stabilization and subsequent forgetting of remote memories over time. Finally, increasing the strength, upon encoding, of the initial memory leads to a faster increase of the cortical GluN2A/GluN2B synaptic ratio and accelerates the kinetics of hippocampal-­‐cortical interactions, which translated into a faster stabilization of memories within cortical networks. Taken together, our results provide evidence that GluN2B-­‐NMDAR surface trafficking controls the fate of remote memories (i.e. stabilization versus forgetting), shedding light on a novel mechanism used by the brain to organize recent and remote memories.

Les altérations mnésiques associées au trouble de stress post-traumatique (TSPT) constituent un aspect fondamental de la symptomatologie de cette pathologie. Cette altération qualitative de la mémoire inclut à la fois une hypermnésie, c’est-à-dire une intensification de la mémoire vis-à-vis du coeur de l’événement traumatique, et une amnésie de type déclaratif pour les éléments contextuels péri-traumatiques. Les données chez l’Homme suggèrent que ces altérations mnésiques pourraient être sous-tendues par une hyper-activation amygdalienne et un dysfonctionnement hippocampique, respectivement. Cependant, les bases neurobiologiques, et en particulier moléculaires, du TSPT restent largement méconnues. Un modèle comportemental développé chez la souris au laboratoire et basé sur un conditionnement aversif permet précisément de comparer une mémoire de peur normale, c’est-à-dire « contextualisée » et adaptée, à une mémoire pathologique de type TSPT, c’est-à-dire « décontextualisée » et focalisée sur un élément saillant du trauma. Dans la mesure où il a été montré que le développement d’une mémoire de peur contextuelle implique certaines modifications épigénétiques spécifiques, nos travaux ont eu pour objectif de déterminer les altérations des modifications post-traductionnelles d’histones qui sous-tendent le développement d’une mémoire traumatique au lieu d’une mémoire de peur normale. Nos résultats révèlent (1) que des profils spécifiques différents des états d’acétylation/méthylation de l’histone H3 dans le réseau hippocampo-amygdalien sont associés à une mémoire de peur normale et à une mémoire traumatique de type TSPT. Spécifiquement, une mémoire de peur normale est associée à une forte acétylation de H3K9 hippocampique, tandis qu’une mémoire traumatique de type TSPT s’accompagne d’une hyperméthylation de H3K9 dans l’hippocampe, traduisant une répression transcriptionnelle, ainsi que d’une diminution de la tri-méthylation de H3K27 dans l’amygdale latérale, caractéristique d’une activation transcriptionnelle. De plus, nos travaux montrent (2) qu’une modulation pharmacologique de la balance des états d’acétylation/méthylation de H3K9 dans l’hippocampe permet de promouvoir ou de prévenir le développement d’une mémoire traumatique. Enfin, (3) une dernière série d’expériences révèle (i) qu’un stress prénatal est un facteur de risque au développement d’une mémoire traumatique, (ii) que cette dernière est associée à des profils épigénétiques spécifiques, et (iii) qu’une telle vulnérabilité peut se transmettre de manière intergénérationnelle. / Memory alterations associated with post-traumatic stress disorder (PTSD) are a fundamental feature of this pathology. PTSD is characterized both by hypermnesia for simple salient trauma-related stimuli and amnesia for peri-traumatic contextual cues. In humans, this disorder is associated with hippocampal hypofunction and amygdalar hyperfunction, which may underlie such paradoxical memory pattern. However, neurobiological bases of PTSD, particularly at the molecular level, remain largely unknown. A behavioral model based on aversive conditioning was developed in mice by our team. This model allows the comparison between a normal, i.e. “contextualized” and adaptive, fear memory, and a PTSD-like pathological fear memory, i.e. “decontextualized” and focused on a salient cue of the trauma. Since specific epigenetic alterations have been involved in the development of contextual fear memory, our aim was the identification of the alterations in post-translational histone modifications underlying the development of traumatic memory instead of normal fear memory. Our results first reveal that normal and PTSD-like fear memory are associated with distinct acetylation/methylation profiles of histone H3 in the hippocampal-amygdalar network. Specifically, we show that, compared to normal fear memory, PTSD-like memory is associated with a switch from H3K9 hyperacetylation (marker of transcriptional activation) to H3K9 hypermethylation (marker of transcriptional repression) in hippocampal CA1, as well as a significant reduction of H3K27 trimethylation, which results in an increased transcription, in the lateral amygdala. Second, we show that the pharmacological manipulation of the acetylation/methylation balance of H3K9 in the hippocampus can prevent or promote the development of PTSD-like memory. Finally, a last series of experiments shows that (i) prenatal stress is a risk factor for the development of PTSD-like memory, (ii) which is associated with specific epigenetic alterations and (iii) that such vulnerability to stress can be transmitted to subsequent generations.