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Haemonchus contortus is a blood feeding parasitic nematode infecting ruminants causing anemia and poor health at great economic cost. The ability to pharmaceutically control infection has been challenged by the rapid development and spread of drug resistance. The discovery of new targets is therefore required for sustainable parasite control. UNC-49 is a nematode ligand-gated ion channel that plays an important role in muscle contraction required for normal locomotion. However, little is known regarding its sensitivity to different agonists and how they interact with the binding site. This thesis describes an investigation into the efficacy of a range of classical GABA receptor agonists on Hco-UNC-49 expressed in Xenopus oocytes. The results of our electrophysiological recordings indicate that there is a size requirement for full agonism of the Hco-UNC-49 binding site. Furthermore, a number of molecules that are known to act on vertebrate GABA receptors have no effect on Hco-UNC-49. This suggests that the binding site of nematode GABA receptors does exhibit some unique properties. These findings could possibly be exploited to develop new drugs that specifically target GABA receptors from parasitic nematodes. / UOIT

Nous avons étudié les récepteurs GABAA dans un modèle de la maladie de Huntington. En combinant des approches biochimiques, moléculaires, électrophysiologiques et de l’imagerie haute résolution, nous avons montré une modification de la neurotransmission GABAergique chez des animaux à des stades pre- et post-symptomatiques. Nos études montrent une diminution de de la neurotransmission GABAergique dans le globus pallidus des souris Huntington qui pourrait conduire à une modification des noyaux de sortie des ganglions de la base et de l’activité motrice. L’ensemble de nos résultats permet de définir le rôle de différents types de récepteurs GABAA dans le cerveau dans des conditions physiologiques et pathologiques. / We explored GABAergic neurotransmission in a mouse model of Huntington's disease. Combining molecular, imaging and electrophysiologicaltechniques, we showed changes of GABAergic neurotransmission in presymptomatic and symptomatic R6/1 mice. Our data demonstrated a decreased GABAergic inhibition in the globus pallidus of R6/1 mice, which could result in an alteration of basal ganglia output nuclei and motor activity. Taken together, our results will help to define the contribution of receptor subtypes to inhibitory transmission throughout the brain in physiological and pathophysiological states.

Made available in DSpace on 2015-07-22T20:49:47Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2009-07-29. Added 1 bitstream(s) on 2015-08-11T03:26:28Z : No. of bitstreams: 1 Publico-345.pdf: 1277830 bytes, checksum: 6d2949e2d33e045cfec88a295d473e41 (MD5) / Associação Fundo de Incentivo à Psicofarmacologia (AFIP) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / Alguns estudos pré-clínicos têm demostrado que eventos adversos na infância e adolescência representam um fator de vulnerabilidade para o surgimento de transtornos psiquiátricos na idade adulta, e que a redução da resiliência à eventos estressantes deve desempenhar um papel importante neste fenômeno. As manipulações em animais de laboratório, como a privação materna (PM) por 24 h durante o período de hiporresposividade ao estresse (PHRE), podem ser um instrumento útil para a compreensão de como os eventos no período precoce do desenvolvimento resultam em alterações comportamentais e da atividade do eixo Hipotálamo-Pituitária-Adrenal (HPA) na idade adulta. Alguns autores têm observado que a PM, quando imposta no 3° dia de vida (antes do início) ou no 11° dia (no vale) do PHRE, resulta em padrões de atividade do eixo HPA distintos. A PM no 3° dia induz à hiperatividade do eixo, enquanto que no 11° dia, resulta na hipoatividade, alterações estas observadas em animais jovens. Assim, os principais objetivos do presente trabalho foram os de estudar como a PM afetaria a atividade do eixo HPA durante o PHRE, e verificar se essas alterações teriam conseqüências duradouras. Os resultados mostraram que os efeitos da PM na liberação de ACTH mantiveram o mesmo padrão de atividade relatado na adolescência, ou seja, hiperresponsividade no grupo submetido à PM no 3o dia de vida e hiporresponsividade no grupo submetido à mesma manipulação no 11o dia de vida. No entanto, essa alteração não se refletiu na liberação da corticosterona (CORT), pois não se observou diferença na secreção deste hormônio entre os grupos. Além disso, a PM não alterou a liberação de CORT em resposta ao Teste de supressão à Dexametasona, indicando que não houve alterações no sistema de retroalimentação negativa no nível hipofisário do eixo HPA. A PM afetou o comportamento do tipo ansioso nos animais de ambos os grupos PM, sendo que tal alteração parece não ter sido mediada por mudanças na densidade do sítio benzodiazepínico do receptor GABAA. Os resultados indicaram que, embora a PM não leve a alterações permanentes na secreção da corticosterona, este pode ser um modelo animal interessante para se estudar o substrato neurobiológico que faz com que um evento adverso durante o desenvolvimento aumente a vulnerabilidade aos transtornos relacionados à ansiedade. / Adverse events in childhood have been associated to the development of psychopathologies, such as depression and anxiety disorders. In rats, stressful events during neonatal period, like 24h Maternal Deprivation (MD), may be an interesting tool to understand how stress during early life leads to changes in behavior and stress response in adulthood. According to some studies, MD on the 3rd day (MD 3-4) or 11th day (MD 11- 12) of life results in opposite changes in the activity of the Hypothalamus-Pituitary- Adrenal (HPA) axis, i.e., hyper and hyporresponsiveness, respectively. Since in human beings psychopathologies has been related to impairment in resilience to stress the aim of this work was to investigate whether MD leads to long lasting changes in HPA axis functioning and differential behavioral features in animal models of anxiety. The results obtained indicate that only the ACTH release presented the pattern we hypothesized. Conversely the corticosterone (CORT) plasmatic levels do not reflect this pattern. Moreover, MD did not affect the CORT release in response to the Dexamethasone Suppression Test, indicating that there are MD did not alter the negative feedback system. Although MD did not lead to convincing alteration to CORT levels it did change anxiety-like behavior in the group MD 11-12. However this behavioral change did not seem to be mediated by expression of benzodiazepine site in GABAA receptors. The results indicate that even though the MD procedure does not lead to consistent changes in the peripheral component of the HPA axis it could still be an interesting animal model to study the neurobiological underpinnings of how adverse events in early life increase the vulnerability to psychopathologies. / FAPESP: 2006/06415-4 / TEDE / BV UNIFESP: Teses e dissertações

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Depuis quelques années, l’étude du code neuronal impliqué dans la perception des signaux de communication acoustique est devenue un domaine de recherche considérable. La littérature récente de ce domaine suggère que la discrimination entre ces signaux reposerait plutôt sur une organisation des décharges neuronales en motifs temporels que sur des variations globales de taux de décharge. Ma thèse a eu pour objectif de déterminer dans quelle mesure une régulation des inhibitions corticales peut (i) changer les motifs temporels déclenchés par des vocalisations conspécifiques et hétérospécifiques et (ii) modifier l’information portée par ces motifs sur l’identité des vocalisations. Nous avons enregistré l’activité neuronale dans le cortex auditif de cobayes anesthésiés en 16 sites corticaux lors de la présentation d’un jeu de vocalisations, et avons partiellement bloqué les inhibitions corticales par des applications de Gabazine (4minutes, 10µm). Dans ces conditions, les réponses évoquées sont plus fortes et les motifs temporels plus marqués. L’information mutuelle quantifiée au niveau de chaque site cortical est augmentée mais l’information populationnelle au niveau de l’ensemble des 16 sites enregistrés n’est pas modifiée, un effet qui peut s’expliquer par le fait que la redondance entre les sites corticaux est augmentée. Nous avons ensuite évalué dans quelle mesure une modulation noradrénergique était susceptible de mimer les effets d’un blocage partiel des inhibitions. Bien que les agonistes utilisés (α1, α2 et ) aient tous induit des modifications des réponses évoquées et de la reproductibilité des motifs temporels, aucun d’entre eux n’a induit de changements importants de l’information portée par les réponses neuronales aux vocalisations. En revanche, les effets induits par la phenylephrine, un agoniste α1, sont vraisemblablement sous-tendus par une action sur les inhibitions intra-corticales, ce qui rend plausible l’hypothèse d’une modulation noradrénergique des inhibitions corticales. Il est donc envisageable que l’action coordonnée de plusieurs systèmes neuromodulateurs puisse moduler les inhibitions corticales et ainsi changer la quantité d’information portée par les neurones corticaux sur l’identité des stimuli à discriminer. / Over the last 10 years, the neural code involved in the perception of acoustic communication signals has become a large area of researches. The recent literature suggests that the discrimination between these signals relies more on the temporal organization of neuronal discharges rather than on global changes of firing rate. My PhD thesis aimed at determining to what extent the regulation of cortical inhibition may (i) change the temporal patterns triggered by conspecific and heterospecific vocalizations and (ii) modify the information carried by these patterns on the vocalization identity. Neuronal activity was recorded in the auditory cortex of anesthetized guinea pigs in 16 cortical sites during presentation of a set of vocalizations, and a partial blockage of intra-cortical inhibition was performed by Gabazine application (4 minutes, 10μm). Under these conditions, evoked responses were stronger and the temporal patterns were reinforced. Mutual information quantified at each cortical site was increased but the information computed at the populationnal level did not change, an effect that could be explained by the fact that the redundancy between cortical sites was increased. We then assessed to which extent the noradrenergic modulation can mimic the effects of a partial blockage of inhibitions. Although all the tested drugs modulated both the evoked responses and the spike-timing reliability, none of the noradrenergic agonists used here (α1, α2 and ) induced significant changes in the information carried by neuronal responses. However, the effects induced by phenylephrine, an α1 agonist, seemed to involve an action on the intra-cortical inhibition, which suggests that a noradrenergic modulation of cortical inhibition can operate in the auditory cortex. It is therefore possible to envision that the coordinated action of several neuromodulatory systems modulates cortical inhibition and thus changes the information carried by cortical neurons on the stimuli identity.

Les ganglions de la base (GB) sont un ensemble de noyaux sous-corticaux impliqués dans les fonctions motrices, mnésiques et cognitives. Le globus pallidus externe (GPe) est un noyau GABAergique, qui tient la place de structure relais entre le striatum et le noyau sous-thalamique au sein du réseau des GB. Les changements de mode et de fréquence de décharge des neurones du GPe sont connus pour être les signatures électro-physiologiques des maladies de Parkinson (MP) et de Huntington (MH). Dans la MP, où les concentrations de GABA extracellulaires sont anormalement élevées dans le GPe, il est admis que la voie striato-pallidale (STR-GPe) est hyperactive, ce qui contribue à l’hypoactivité des neurones pallidaux. A l’inverse dans la MH, il est admis que l’hyperactivité des neurones du GPe est due à la dégénérescence de la voie STR-GPe levant la principale influence inhibitrice du GPe. Cependant, les mécanismes moléculaires impliqués dans ces changements d’activité pallidale sont encore peu connus. Nous avons donc entrepris des expériences de biologie moléculaire, d’immunohistochimie et d’électrophysiologie sur tranches, afin de mieux caractériser l’origine des modifications de transmission GABAergique conduisant aux changements d’activité électro-physiologique des neurones du GPe dans ces deux pathologies à l’aide de modèles animaux. Mes principaux résultats montrent l’apparition d’une inhibition tonique dans les neurones du GPe due à un déficit de recapture du GABA dans la MP et une réduction précoce de la transmission synaptique GABAergique dans la MH. Ces résultats suggèrent que les altérations de la transmission GABAergique contribuent à la physiopathologie de la MP et la MH. / The basal ganglia (BG) are a group of sub-cortical nuclei involved in motor, memory and cognitive functions. In the BG, the GABAergic external globus pallidus (GPe) holds a position of relay nucleus between the striatum (STR) and the sub thalamic nucleus within the indirect pathway of the BG. Modifications of rate and pattern of activity of this nucleus are known to be the electrophysiological signatures of Parkinson’s (PD) and Huntington’s diseases (HD). In PD, hyperactivity of the striato-pallidal (STR-GPe) pathway is thought to be responsible for the increase of the extracellular GABAergic concentrations in the GPe and participate to the hypoactivity of pallidal neurons observed in experimental Parkinsonism. In contrast, during HD, it is recognized that the hyperactivity of GPe neurons is due to the degeneration of striato-pallidal neurons and thus to the reduction of the main source of pallidal GABAergic inhibition. However, the molecular mechanisms involved in these modifications of pallidal activity are not well characterized. Therefore, using PD and HD animal models, the 6-OHDA rodents and the R6-1 transgenic mice respectively, we have performed molecular biology, immunohistochemistry and electrophysiological in vitro experiments in order to better understand the origin of GABAergic transmission alterations leading to changes in electrophysiological activity of GPe neurons into these two pathologies. My main results show the apparition of a tonic GABAergic inhibition due to a deficit of GABA uptake in PD and a early stage reduction of GABAergic synaptic transmission in HD. Altogether, these results suggest that alterations of GABAergic transmission contribute to the pathophysiology of PD and HD.

Les cellules précurseur d'oligodendrocytes (CPOs) représentent la majeure source d'oligodendrocytesmyélinisants durant le développement post-natal. Ces progéniteurs, identifiés par l'expression du protéoglycane NG2, sont non seulement extrêmement abondants avant la myélinisation, mais ils persistent aussi dans le cerveau mature. À l'instar d'autres cellules non-neuronales, elles expriment un large panel de canaux ioniques et de récepteurs pour des neurotransmetteurs. Cependant, ils sont uniques de part leur capacité à recevoir de véritables contacts synaptiques neuronaux glutamatergiqueset GABAergiques. Durant cette thèse, nous avons caractérisé les propriétés électrophysiologiques des CPOs durant le développement post-natal du cortex en champ de tonneaux de la souris (premier mois post-natal). En effectuant des enregistrements de patch-clamp, des analyses par RT-PCR sur cellule unique et des analyses pharmacologiques, nous avons observé que la courbe I-V à rectification sortante devient linéaire durant le développement, résultant d'une régulation positive de l'expression des canaux potassiques de type Kir4.1. Dotés de ces canaux, les CPOs adultes sont capables de détecter les augmentations locales de potassium extracellulaire générées par l'activité neuronale. Cette régulation positive développementale des canaux Kir4.1 dans les CPOs révèle que ces cellules ont un gain de fonction durant le développement, leur conférant la capacité de communiquer avec les neurones via un mécanisme non-synaptique lié au potassium. Ce changement développemental soutient aussi l'idée que les CPOs sont probablement plus que des progéniteurs. Dans la deuxième partie de cette thèse, nous nous sommes intéressés à l'étude des patrons de connectivité du réseau GABAergique interneurones-CPOs dans le cortex en champ de tonneaux jeune (deuxième semaine post-natale). Dans un premier temps, nous avons tiré avantage de la haute précision latérale et axiale de la photolyse holographique en mono-photon pour stimuler les interneurones GABAergiques avec une résolution à l'échelle de la cellule, de manière à évoquer un potentiel d'action. Nous avons ensuite utilisé cette technique pour cartographier la connectivité entre interneurones et CPOs. Nous avons trouvé que la probabilité de connexion des CPOs est près de moitié moins que celle des cellules pyramidales, et implique plutôt une microcircuitrie locale. De plus, en effectuant des enregistrements pairés, nous avons observé que les CPOs sont contactés transitoirement par des interneurones à décharge rapide et à décharge régulière. Ces connections se caractérisents pour la présence d'un ou deux sites de libération uniquement. Étonnamment, les sites post-synaptiques contenant des récepteurs GABAA avec la sous-unité γ2 sont principalement connectés par les interneurones à décharge rapide, indiquant que ces cellules constituent une afférence spécifique auprès des CPOs. Ici nous décrivons pour la première fois l'émergence de réseaux corticaux spécifiques entre neurones et cellules non-neuronales. / Oligodendrocyte precursor cells (OPCs) are the main source of myelinating oligodendrocytes during postnatal development. These progenitors, identified by the expression of the proteoglycan NG2, are extremely abundant before myelination, but also persist in the mature brain. Similarly to other non-neuronal cells they express a wide range of ionic and ligand-gated ion channels. However, they are unique by their ability to receive truly glutamatergic and GABAergic synaptic contacts from neurons. During this thesis, we characterized the electrophysiological properties of OPCs during the postnatal development of the mouse somatosensory cortex (post postnatal month). By performing patch-clamp recordings, single-cell RT-PCR analyses and pharmacological approaches, we found that outwardly rectifying I-V curves become linear during development, as the result of an upregulation of Kir4.1 potassium channels. Endowed with these channels, adult OPCs are able to sense local extracellular potassium increases generated by neuronal activity. This developmental upregulation of Kir4.1 channels in OPCs revealed that these cells gain physiological properties during development, conferring them the capacity to communicate with neurons, via a non-synaptic potassium-mediated mechanism. This developmental change also supports the view that OPCs are probably more than simple progenitors. In the second part of this thesis, we were interested in study the connectivity patterns underlying the GABAergic interneuron-OPC network in the young somatosensory cortex (second postnatal week). First, we took advantage of the high lateral and axial precision of one-photon holographic photolysis to stimulate GABAergic interneurons at a single cell resolution in order to evoke an action potential. We then used this technique to map the connectivity between interneurons and OPCs. We found that the connectivity probability of OPCs was around half less than that of pyramidal cells and involved more local microcircuits. In addition, by performing paired-recordings, OPCs showed to be transiently contacted by fast-spiking (FSI) and non-fast-spiking (NFSI) interneurons, through single or double release sites. Interestingly, postsynaptic sites containing GABAA receptors with the γ2 subunit were predominantly connected by FSI, indicating that these cells provide a specific input to OPCs. Here we described for the first time the emergence of specific cortical network between neurons and non-neuronal cells. In conclusion, this thesis contributed to get a better understanding of the different modes of communication between neurons and OPCs and the establishment of new signaling mechanisms used by neurons to control the activity of these precursors.

Seules deux structures du système nerveux central adulte, la zone sous-granulaire et la zone sous-ventriculaire, produisent continuellement de nouveaux neurones et sont considérées comme neurogènes. En dehors de ces zones délimitées, le tissu nerveux ne possède pas de telles facultés. Leurs influences anti-neurogènes peuvent cependant être mises entre parenthèses dans certaines conditions. Cela se produit après neurectomie vestibulaire unilatérale (NVU) chez le chat adulte ; en effet, des études immunohistochimiques et comportementales nous ont permis de découvrir l'existence d'une neurogenèse réactionnelle de type GABAergique dans les noyaux vestibulaires désafférentés situés dans le tronc cérébral. Nos résultats témoignent de l'implication fonctionnelle de cette prolifération cellulaire dans la restauration des fonctions posturo-locomotrices suite à une NVU. Nous avons également mis en évidence que les caractéristiques et l'intensité de la désafférentation vestibulaire déterminent, non seulement, le décours temporel de la restauration des fonctions vestibulaires, mais aussi les différents mécanismes cellulaires post-lésionnels et le potentiel neurogène des noyaux vestibulaires. En outre, nous avons démontré que l'activation ou le blocage des récepteurs GABA de type A influence d'une part, les différentes étapes de la neurogenèse réactionnelle dans les noyaux vestibulaires, et détermine d'autre part le décours de la récupération comportementale des animaux. Ainsi, le système GABAergique joue-t-il un rôle important dans la régulation de la neurogenèse induite après NVU et de sa fonctionnalité. / Only two structures of the adult central nervous system: the subgranular zone and the subventricular zone, produce continuously new neurons and are considered as neurogenic. Outside these two delimited areas, nervous tissue does not have such faculties. The anti-neurogenic influences can however be removed under specific conditions. That is what happens after unilateral vestibular neurectomy (UVN) in the adult cat: behavioral and immunohistochemical studies have demonstrated the existence of a reactive GABAergic neurogenesis in the deafferented vestibular nuclei located in the brainstem. Our results demonstrate the functional role of the vestibular cell proliferation in the postural locomotor function recovery after UVN. We also demonstrated that characteristics and intensity of the vestibular lesion, not only determine the time course of recovery of vestibular function, but also the post-lesional cellular mechanisms and the neurogenic potential occurring in the vestibular nuclei. In addition, we showed that activation or blockade of GABA type A receptors influences the different steps of neurogenesis in the vestibular nuclei, and also determines the time course of behavioral recovery. Thus, the GABAergic system influences reactive neurogenesis that is benefic for vestibular compensation process. Finally, the results of a recent study demonstrated that vestibular-hippocampal relations exist, and that stress induced by vestibular deafferentation can modulate adult neurogenesis in both the vestibular nuclei and the dentate gyrus in the adult cat.