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

Les hétérotopies nodulaires périventriculaires (HNP) correspondent aux malformations cérébrales les plus fréquemment découvertes à l'âge adulte. Survenant au cours de la migration, elles consistent en l'apparition de nodules de neurones ectopiques positionnés le long de la paroi des ventricules latéraux. Sur le plan clinique, les HNP associent une épilepsie et/ou un retard mental. Les mutations dans le gène FLNA (Xq28) représentent la cause majeure des HNP. Une forme récessive rare d'HNP liée à des mutations du gène ARFGEF2 (20q13) et des réarrangements chromosomiques identifiés chez des patients présentant une HNP ont également été rapportés. Alors que le lien entre les HNP associées à des mutations du gène FLNA et leurs manifestations cliniques a été clairement établi, les mécanismes physiopathologiques sous-jacents restent à ce jour inconnus. Deux lignées de souris knockout pour FlnA ont été développées mais aucune de ces deux lignées n'a développé d'HNP. Nous avons donc choisi de créer un nouveau modèle, chez le rat, par inactivation in utero du gène FlnA en utilisant la technique de l'ARN interférence (RNAi). Par cette approche, nous avons reproduit avec succès un phénotype d'HNP chez le rat comparable à celui observé chez les patients. Sur ce modèle, nous avons montré que l'HNP est associée à une désorganisation de la glie radiaire et à une incapacité des progéniteurs neuronaux de progresser dans le cycle cellulaire. En accord avec ces observations, une désorganisation de la glie radiaire a été également observée dans des cerveaux post-mortem de deux patientes présentant une HNP associée à une mutation de FLNA. / Periventricular nodular heterotopia (PNH) is a brain malformation caused by defective neuronal migration resulting in ectopic neuronal nodules lining the lateral ventricles. Most patients have epilepsy, with normal to borderline cognitive function. Mutations in FLNA are the main cause of PH. A rare recessive form caused by mutations in the ARFGEF2 gene (20q13) and chromosomal rearrangements identified in patients with PNH have been reported. The link between FLNA-trelated PH and clinical manifestattions has been wee established but the underlying pathological mechanism remains unknown. Though two FlnA knockout mice strains have been developed, progress has been hindered by the fact that none of them showed the presence of ectopic nodules. Therefore, to recapitulate the loss of FlnA function in the developing rat brain, we used an in utero RNA interference (RNAi)-mediated knockdown approach and successfully reproduced a PNH phenotype in rats comparable to that observed in patients. Using this FlnA knockdown rodent model, we demonstrated that PNH is associated with a disruption in radial glial scaffold integrity in the ventricular zone and also an inability for neuroprogenitor cells to progress adequately through the cell cycle.Consistent with the observations made in rodents, we found similar alterations of radial glia in postmortem brains of two PNH patients harboring distinct FLNA mutations. These data highlights the complexity of the pathogenesis of PNH, the likelihood that several mechanisms are coalescing to lead to disrupted neuronal migration.

Dans le présent travail, le rôle de la glie dans l’expression de la douleur cancéreuse et de la douleur neuropathique a été étudié de façon comparative. Le modèle animal de douleur cancéreuse a été obtenu par injection osseuse dans le tibia, chez la rate Sprague-Dawley, de cellules de carcinome mammaire de type MRMT-1. Le modèle de douleur neuropathique a été obtenu chez le rat Wistar par ligature des nerfs spinaux L5 et L6. Les données obtenues par l’analyse du comportement douloureux en réponse à la stimulation par des filaments de von Frey ont permis de quantifier l’allodynie et l’hyperalgésie mécaniques statiques. La douleur chronique, hors stimulation nociceptive, a été mesurée à l’aide d’un test d’impotence. Les agents pharmacologiques ont été administrés par voie intrapéritonéale ou par voie intrathécale, à l’aide d’un cathéter implanté de façon chronique. L’analyse des comportements nociceptifs après stimulation par filaments de von Frey montre que l’inhibition fonctionnelle transitoire de la glie spinale par le fluorocitrate est sans effet sur la douleur dans les deux modèles. Dans les deux modèles, l’expression des réponses douloureuses dépend de l’activation des récepteurs NMDA spinaux. L’administration par voie intrathécale d’une seule dose de D-aminoacide oxydase, qui dégrade la D-sérine, co-agoniste endogène du récepteur NMDA, réduit l’allodynie et l’hyperalgésie chez les rats neuropathiques et l’allodynie chez les rats cancéreux. Les effets d’un traitement chronique par le fluoroacétate chez les rats neuropathiques sont réversés par l’administration intrathécale de D-sérine. La D-sérine altère légèrement le seuil nociceptif chez les rats cancéreux. Aucun des agents pharmacologiques utilisés ne réverse la réduction d’appui du membre lésé chez les rats cancéreux ou neuropathiques. Ces résultats montrent que, chez le rat, la douleur neuropathique comme la douleur osseuse cancéreuse dépend de la co-activation des récepteurs NMDA spinaux par un de ses ligands endogènes, la D-sérine, mais que seule la douleur neuropathique requiert une glie spinale fonctionnelle. Ils suggèrent donc un rôle différentiel de la glie dans la physiopathologie de ces deux types de douleur chronique / The present work has investigated the role of glia upon pain symptoms in a well established peripheral neuropathic pain model and a bone cancer pain model. The neuropathic pain model was obtained by right L5-L6 spinal nerve ligation in male Wistar rats. Bone cancer pain was induced by injecting MRMT-1 rat mammary gland carcinoma cells into the right tibia of Sprague-Dawley female rats. Mechanical allodynia and hyperalgesia were quantified using von Frey hairs and ambulatory incapacitance using dynamic weight bearing. Drugs were administered either acutely or chronically using osmotic pumps, through intrathecal catheters chronically implanted in experimental animals. Using von Frey hair stimuli, we found that transient inhibition of glia metabolism by intrathecal injection of fluorocitrate was ineffective in both models. In both models, pain symptoms required spinal NMDA receptor activation. Intrathecal administration of a single dose of D-aminoacid oxidase, which degrades D-serine, a co-agonist of NMDA receptors, reduced mechanical allodynia and hyperalgesia in neuropathic rats and allodynia in cancer rats. The effect of chronic fluoroacetate in neuropathic rats was reversed by acutely administered intrathecal D-serine, which had only a slight effect in cancer rats. None of these compounds altered the functional disability shown by neuropathic or cancer animals and measured by the dynamic weight bearing apparatus. These results show that neuropathic pain and cancer pains depend upon D-serine co-activation of spinal NMDA receptors but only neuropathic pain requires functional spinal cord glia in the rat. Glia may thus play different roles in the development and maintenance of chronic pain in these two situations.

NG2-glia, a fourth major glial cell population, were shown to posses wide proliferation and differentiation potential in vitro and in vivo, therefore the aim of this study was to compare the rate of proliferation and differentiation potential of NG2-glia after different types of brain injuries, such as global and focal cerebral ischemia (GCI, FCI) or stab wound (SW), as well as during aging. Moreover, we aimed to determine the role of Sonic hedgehog (Shh) in NG2-glia proliferation/differentiation after FCI. We used transgenic mice, in which tamoxifen triggers the expression of red fluorescent protein (tdTomato) in NG2-glia and cells derived therefrom. Proliferation and differentiation potential of tdTomato+ cells in sham operated animals (controls) and those after injury were determined by immunohistochemistry employing antibodies against proliferating cell nuclear antigen and glial fibrillary acidic protein. FCI was induced by middle cerebral artery occlusion, GCI by carotid occlusion with hypotension and SW by sagittal cortical cut. Shh signaling in vivo was activated or inhibited by Smoothened agonist or Cyclopamine, respectively. Compared to controls, the proliferation rate of tdTomato+ cells was increased after all types of injuries, while it declined in aged mice (15-18- months-old) after...

Schizophrenia is a neurological disorder with a complex psychopathology, which is far from fully elucidated. In the patients with this disorder, changes on anatomical, cellular, and neurotransmitter level have been found. The aim of this work is to elucidate the function of specific ionotropic glutamate receptors in NG2 glia in the hippocampus of a mouse model of schizophrenia. For this purpose, a mouse model of schizophrenia was generated and validated using immunohistochemistry and behavioural testing. Mice with NG2 glia labelled by a fluorescent protein with a calcium indicator also in NG2 glia were used to observe the activity of glutamate channels and the properties of the extracellular space in these mice. Changes were found in the schizophrenic animals when compared to control animals in the numbers of hippocampal oligodendrocyte lineage cells, in prepulse inhibition and in both volume fraction and tortuosity of the extracellular space in hippocampus. Moreover, the percentage of cells responding to glutamate receptor agonists in NG2 glia in hippocampus also differed significantly between the schizophrenic and the control animals. In conclusion, it can be said that we were able to observe significant changes in the mouse model of schizophrenia that we generated in comparison to control...

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

L’état fébrile et le vieillissement normal sont deux processus physiologiques conduisant à un déséquilibre hydrominéral de l'organisme. Ce déséquilibre se traduit par une déshydratation sévère qui peut être aggravée par des conditions climatiques comme nous l'avons vu durant l'été 2003. Dans les deux cas, fièvre et vieillissement, l'organisme répond par une stimulation du système hypothalamo-neurohypophysaire conduisant à l’augmentation de la libération de vasopressine ou hormone antidiurétique, qui pourrait prévenir une déshydratation possiblement critique. Cependant, les modalités d’activation des neurones vasopressinergiques (AVP) dans ces conditions restent inconnues.Le but des recherches réalisées dans cette thèse, a été de déterminer les mécanismes cellulaires et moléculaires responsables de l’activation des neurones vasopressinergiques (AVP) lors d’une réponse inflammatoire et au cours du vieillissement.Nous avons pu démontrer dans la première partie de ce travail que lors d’un épisode inflammatoire (mimé par une injection de lypopolysaccharide LPS) l’activité des neurones AVP est rapidement augmentée et cette activation est soutenue pendant plus de six heures. De plus, cette activation n’est pas due à un effet potentiel secondaire du LPS sur l'osmolarité plasmatique ou la pression artérielle. L’activation précoce des neurones AVP par le LPS semble être soutenue par l’IL-6 (qui mime les effets du LPS), puisque l’activation par le LPS est bloquée par une injection préalable d’anticorps anti-IL-6.Dans la seconde partie de ce travail, nous avons pu montrer le traitement chronique d’IGF-I chez le rat âgé permet de restaurer une fonction urinaire comparable à celle observée chez l’adulte, en agissant vraisemblablement directement sur les neurones AVP puisque le taux plasmatique d’AVP chez les rats âgés traités par l’IGF-I revient à des valeurs normales, i.e., équivalente à celle de rats adultes. Cette hypothèse est confortée par le fait que (i) les neurones AVP expriment le récepteur de l’IGF-I et qu’il n’y a pas de différence dans l’expression de ces récepteurs entre rats âgés et adultes, et (ii) les neurones AVP sont inhibés par l’IGF-I.Enfin, dans la dernière partie de ce travail, nous avons pu montrer que lors du vieillissement, les neurones AVP sont activés, ce qui se traduit par un taux plasmatique d’AVP élevé et un taux d’apeline très faible. De même, les astrocytes sont activés et ne présentent plus de plasticité morphofonctionelle. La microglie, en état d’alerte, ne semble pas jouer un rôle prépondérant dans cette suractivation neuronale et astrocytaire. De plus, cette suractivation neuronale est palliée par un traitement central par un anticorps anti-IL-6 ou un inhibiteur non sélectif des canaux TRPV. Cependant, un traitement central par un anticorps anti-IL-6 n’affecte pas l’expression des TRPV2 dans le noyau supra-optique (NSO). En conclusion générale, il apparait que :1/ L’IL-1 n’est pas le chef d’orchestre de tous les processus inflammatoires. En effet, dans le NSO, l’activation des neurones AVP est soutenue par l’IL-62/ La balance pro- / anti-inflammatoire est un élément importante du dysfonctionnement neuronal. Cependant, le facteur critique du dysfonctionnement des neurones AVP n’est pas la production excessive de facteurs inflammatoires mais l’insuffisante production compensatoire de facteurs anti-inflammatoires.3/ lors du vieillissement, la neuroinflammation responsable du dysfonctionnement des neurones AVP peut être qualifiée de type « chronique à bas bruit », processus dans lequel (i) la microglie, en alerte, voit sa réactivité décuplée lors d'une sollicitation inflammatoire supplémentaire; (ii) le cross-talk astrocytes-neurones est figé dans une configuration d'hyperactivité, semblable à celle observée à l'âge adulte en condition de stimulation physiologique soutenue (comme lors d'une déshydratation), mais qui empêche toute réponse appropriée du réseau à toute demande physiologique supplémentaire, quelle soit transitoire (comme la réponse à une injection aigüe de LPS ou de NaCl 9%) ou soutenue (déshydratation de 48h).Cependant, les données de la littérature montrent le rôle majeur de la microglie dans d'autres types de neuroinflammation dites à « haut bruit », et dont les effets délétères - qui vont du dysfonctionnement neuronal à la neuro-dégénérescence – trouvent leur origine dans la surexpression de molécules microgliales telles l'IL-1 ou le TNF. Pour tenter de comprendre les mécanismes cellulaires et moléculaires impliqués dans un tel dysfonctionnement et pour caractériser la nature du dysfonctionnement neuronal, nous avons mis au point un modèle pharmacologique de neuroinflammation à haut bruit, en injectant directement dans les NSO de l'IL-1. Nos données préliminaires montrent que le dysfonctionnement neuronal ainsi que les mécanismes cellulaires et moléculaires à l’origine de ce dysfonctionnement diffèrent de ceux observés lors du vieillissement : la microglie est activée et surexprime de nombreuses molécules inflammatoires, probablement à l’origine du dysfonctionnement neuronal (absence de pattern phasique, même lors d’une stimulation osmotique), puisque les astrocytes ne semblent pas être affectés. L’absence de pattern phasique à l’origine du faible taux d’AVP plasmatique traduit une perturbation des propriétés électrophysiologiques intrinsèques sous-tendant ce pattern phasique (récepteurs ; canaux ioniques) et/ou des afférences excitatrices (Glu ; ACh ; Na) ou inhibitrices (GABA) modulant cette activité phasique. / The fever and normal aging are two physiological processes leading to water and mineral imbalance in the body. This imbalance results in severe dehydration which can be aggravated by climatic conditions as we saw during the summer of 2003. In both cases, fever and age, the body responds by stimulating the hypothalamic-neurohypophysial system leading to increased release of vasopressin or antidiuretic hormone, which could possibly prevent dehydration criticism. However, the modalities of activation of vasopressinergic neurons (AVP) in these conditions remain unknown. The aim of the research done in this thesis was to determine the cellular and molecular mechanisms responsible for the activation of vasopressinergic neurons (AVP) during an inflammatory response and during aging. We showed ,in the first part of this work, that during an inflammatory episode (mimicked by an injection of lypopolysaccharide LPS) the activity of AVP neurons is rapidly increased and this activation is sustained for more than six hours. Moreover, this activation is not due to a potential secondary effect of LPS on plasma osmolarity and blood pressure. The early activation of AVP neurons by LPS seems to be supported by IL-6 (which mimics the effects of LPS), since activation by LPS is blocked by prior injection of anti-IL-6. In the second part of this work, we showed chronic treatment of IGF-I in old rats can restore bladder function similar to that observed in adults, presumably by acting directly on neurons AVP as the rate plasma AVP in aged rats treated with IGF-I returned to normal values, ie, equivalent to that of adult rats. This hypothesis is supported by the fact that (i) AVP neurons express the receptor for IGF-I and there is no difference in the expression of these receptors between adult and aged rats, and (ii) AVP neurons are inhibited by IGF-I. Finally, in the latter part of this work, we showed that during aging, the AVP neurons are activated, which results in increased serum AVP level and a very low rate of apelin. Similarly, astrocytes are activated and show more morphofunctional plasticity. Microglia does not seem to play a role in neuronal and astrocytic overactivation. Moreover, this neuronal overactivation is overcome by a central processing by an anti-IL-6 or a nonselective TRPV channels. However, an icv treatment by an anti-IL-6 does not affect the expression of TRPV2 in the supraoptic nucleus (SON). In general conclusion, it appears that: 1 / IL-1  is not the conductor of all inflammatory processes. Indeed, in the NSO, the activation of AVP neurons is sustained by IL-6 2 / the balance of pro-/ anti-inflammatory is significant in neuronal dysfunction. However, the critical factor in the dysfunction of AVP neurons is not the excessive production of inflammatory factors, but the insufficient production of compensatory anti-inflammatory factors. 3 / during aging, neuroinflammation responsible for the dysfunction of AVP neurons can be classified as type "chronic and low-grade" process in which (i) microglia, in alert, saw its reactivity increased tenfold during inflammatory additional solicitation; (ii) cross-talk astrocyte-neuron is stuck in a pattern of hyperactivity, similar to that observed in adulthood under conditions of sustained physiological arousal (such as in dehydration), but that would prevent the proper response network to any additional physiological demand, which is transient (as the response to acute injection of LPS or NaCl 9%) or sustained (48 h dehydration). However, literature data show the important role of microglia in other types of neuroinflammation called "high grade", and whose deleterious effects - ranging from neuronal dysfunction to neurodegeneration - are rooted in Microglial overexpression of molecules such as IL-1 or TNF  . In an attempt to understand the cellular and molecular mechanisms involved in such dysfunction and to characterize the nature of neuronal dysfunction, we have developed a pharmacological model of neuroinflammation high grade by injecting IL-1  directly into the SON. Our preliminary data show that neuronal dysfunction and the cellular and molecular mechanisms behind this dysfunction differ from those observed during aging: activated microglia overexpressing many inflammatory molecules, probably at the origin of neuronal dysfunction ( absence of phasic pattern, even during osmotic stimulation), since astrocytes do not appear to be affected. The absence of phasic pattern causing the low plasma AVP reflects a disturbance of intrinsic electrophysiological properties underlying the phasic pattern (receptors, ion channels) and / or afferent excitatory (Glu, ACh, Na) or inhibitory (GABA) modulating the phasic activity.

Bâti sur des données ayant identifié le noyau suprachiasmatique de l'hypothalamus (NSC), composante centrale de l'horloge circadienne des mammifères, comme une structure à fortes potentialités de plasticité structurale, ce travail de thèse a visé à déterminer si la synchronisation photique de l’horloge pouvait mettre en jeu une telle plasticité. Par une analyse ultrastructurale, nous démontrons que le cycle jour/nuit s’accompagne de remaniements neurono-gliaux du NSC affectant différentiellement les neurones à VIP, principales cibles d'intégration des messages rétiniens, et les neurones à vasopressine. Ces remaniements seraient bien liés à la synchronisation photique de l’horloge dans la mesure où, dans le NSC, l’expression rythmique de la GFAP, une protéine du cytosquelette des astrocytes, est abolie sous obscurité constante, tandis que les fluctuations journalières des glucocorticoïdes circulants, connues pour moduler la synchronisation photique, sont apparues être impliquées dans la régulation rythmique de cette plasticité. Grâce au développement d’une méthode d’analyse quantitative en imagerie confocale, nous montrons une augmentation diurne de la densité d’innervation synaptique, glutamatergique et non glutamatergique, sélective des neurones à VIP. Des données en microscopie électronique indiquent que ce remodelage synaptique n’implique pas les synapses GABAergiques, au moins au niveau dendritique des neurones à VIP. Ce travail a permis d’identifier formellement la composante centrale de l’horloge circadienne, le NSC, comme une structure capable d’adapter, de manière rapide et réversible, son architecture gliale et synaptique aux exigences fonctionnelles. / This thesis work was based on data identifying the suprachiasmatic nucleus of the hypothalamus (SCN), the central component of the mammalian circadian clock, as a structure with a high potential for structural plasticity. It was aimed at determining whether the photic synchronization of the clock may involve such a plasticity.Using an exhaustive ultrastructural analysis, we showed that the SCN underwent day/night rearrangements of its neuronal-glial network, which affected differentially the VIP (vasoactive intestinal peptide)-synthesizing neurons, the main targets for retinal signals, and the vasopressin-synthesizing neurons. The rearrangements appeared to be linked with photic synchronization as the rhythmic expression of GFAP, an astrocytic cytosqueletal protein, was abolished in SCN under constant darkness. Moreover we found the daily fluctuations of circulating glucocorticoids, known as modulators of photic synchronization of the clock, to be involved in the rhythmic regulation of SCN structural plasticity.Thanks to the development of a quantitative analysis method in confocal imaging, we showed a selective increase at daytime in the glutamatergic and non-glutamatergic synapses made on the VIP neurons. Complementary electron-microscopic data indicated that the synaptic remodeling did not involve GABAergic synapses, at least at the dendritic level of VIP neurons.This work permitted to formally identify the central component of the circadian clock, the SCN, as a structure able to adapt, rapidly and reversibly, its glial and synaptic architecture to functional needs.

La corne dorsale de la moelle épinière (CDME) est un site d’intégration et de modulation de l’information somatosensorielle. Les laminae profondes de la CDME jouent un rôle important dans la modulation des informations nociceptives. Notre objectif a été de caractériser les effets de la NA sur la transmission synaptique des laminae profondes de la CDME. Nous montrons que la NA facilite la transmission synaptique inhibitrice dans les laminae III-V de la CDME. Ce phénomène met en jeu l’activation d’adrénocepteurs alpha1, alpha2, et bêta et nécessite une communication interlaminaire intacte entre les laminae III-IV et V. L’inhibition du métabolisme glial produit les mêmes effets qu’une section mécanique entre les laminae IV et V. Une interaction entre les cellules gliales et les neurones des laminae profondes la CDME semble donc indispensable à l’effet facilitateur de la NA. / The dorsal horn of the spinal cord (DH) is an important site of integration and modulation of somatosensory information and deep laminae of the DH play an important role in the modulation of nociceptive information in the neuronal network of the spinal cord.Our aim was to characterize the effects of NA on synaptic transmission in deep laminae of the DH.We show that NA facilitates inhibitory synaptic transmission in laminae III-IV of the DH. This phenomenon involves the activation of alpha1, alpha2, and beta adrenoceptors and requires intact interlaminar communications between laminae III-IV and V. Glial cell metabolism inhibition has the same consequences as a mechanical section between laminae IV and V. These results indicate that an interaction between glial cell and deep laminae neurons of the DH seems essential for the facilitatory effect of NA on inhibitory synaptic communications in laminae III-IV of the DH.