Le présent mémoire corrobore l'hypothèse selon laquelle l'hippocampe, le cortex préfrontal et le noyau reuniens du thalamus constituent un réseau fonctionnel dans lequel le noyau reuniens servirait d'interfacé entre l'hippocampe et le cortex pré frontal. Bien que la voie hippocampo-corticale de ce réseau ait été abondamment étudiée, cela n'est pas le cas pour la voie reuniens-préfrontale. Nous décrivons ici, pour la première fois, la réponse de neurones du cortex préfrontal médian aux stimulations du noyau reuniens. Chez des chats sous anesthésie (kétamine-xylazine), nous avons effectué simulatanément 1) des enregistrements intra- et extracellulaires dans le cortex préfrontal médian et 2) des stimulations du noyau reuniens ou de l'hippocampe à l'aide d'électrodes bipolaires. Nous avons ainsi démontré que la réponse de neurones du cortex préfrontal médian aux stimulations du noyau reuniens est distincte des réponses évoquées par des stimulations hippocampiques, que la voie reuniens-préfrontale est sujette à la plasticité à court terme et qu'une région restreinte du cortex préfrontal médian sert de relai à la voie hippocampo-cortico-thalamique.

L’expression synaptique de la sous-unité α5 des récepteurs GABAA (α5-RGABAA) a été montrée dans les interneurones (INs) inhibiteurs de la zone CA1 de l’hippocampe. Cependant, les types de synapses qui expriment cette α5-RGABAA et son rôle fonctionnel n’ont pas encore été déterminés. En utilisant une association d’enregistrements de "patch-clamp" en configuration cellule entière, d’optogénétique et de la technique d’immunohistochimie, nous avons étudié l’expression synaptique de la α5-RGABAA et ses modifications dans un modèle animal d’épilepsie du lobe temporal (ELT). Nos données montrent que la α5-RGABAA est exprimée aux synapses inhibitrices formées par le réseau de cellules qui expriment la calrétinine (CR+) sur différents types d’INs du stratum oriens-alveus (O/A) de l’hippocampe. De plus, nous avons observé un déclin précoce de la α5-RGABAA dans les INs de l’O/A pendant l’ELT ce qui pourrait contribuer à la désinhibition et à l’hyperexcitabilité de ces INs et aurait donc des conséquences sur l’activité du réseau entier.

Un dispositif de thermographie par contact permettant une utilisation de liquides a été développé et caractérisé. Une chambre de perfusion a été conçue à même le dispositif et permet le développement d'applications in vitro en neurobiologie. Une résolution thermique de 2,7 mK est obtenue lors d'études sur une tranche d'hippocampe sous perfusion à température ambiante. Sa résolution spatiale (52 um) et sa fréquence d'acquisition (30 Hz) devrait permettre d'enregistrer la composante métabolique de réchauffement entraîné par l'activité cellulaire dans un tissu. Étant donné la dynamique du métabolisme cellulaire, on peut prévoir d'utiliser certaines techniques d'amplification du rapport signal sur bruit. La complémentarité du système d'imagerie thermique développé avec d'autres techniques de mesure est avantageux et les applications variées. Nous avons démontré de façon préliminaire que le capteur pouvait être utilisé afin d'étudier la diffusivité thermique et visualiser les différences structurelles à l'intérieur d'un tissu biologique.

Dans ce travail, nous avons développé le modèle de rat ayant subi une lésion néonatale de l'hippocampe ventral (rat LNHV), un outil reconnu pour l'étude de la schizophrénie. <br />Nous avons validé l'utilisation de l'imagerie anatomique (IRM) comme outil permettant une détection fiable et précoce (avant la puberté) de la taille et la cible des lésions, pour remplacer l'évaluation post mortem.<br />Au niveau comportemental, nous avons montré que le nombre des anomalies qui sont associées à des troubles de la transmission dopaminergique augmente du stade juvénile à l'âge adulte chez les animaux LNHV. <br />Au niveau neurochimique, nous avons montré que les animaux LNHV présentent des altérations des efflux de dopamine au niveau mésocorticolimbique (noyau accumbens et cortex préfrontal) qui n'apparaissent qu'après la puberté. <br />Nos résultats confirment l'implication majeure de la dopamine dans la physiopathologie de la schizophrénie et soulignent l'importance des facteurs qui pourraient précipiter l'émergence de la maladie au moment de l'adolescence.

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

Le cerveau immature est le siège de processus développementaux qui permettent de passer d'une structure primitive à un réseau mature et fonctionnel. L'activité synaptique spontanée générée dans le système nerveux en développement joue un rôle fondamental dans ces processus. Un des principaux moyens par lesquels cette activité peut être traduite en changement phénotypique au niveau neuronal est la sécrétion de neurotrophines. Les neurotrophines sont sécrétées par les neurones et contrôlent toutes les étapes du développement neuronal. Dans l'hippocampe en développement, la neurotrophine principale est le BDNF (brain derived neurotrophic factor). Cette protéine est synthétisée sous forme immature, le proBDNF, dont le rôle est encore méconnu. Durant ma thèse, j'ai montré que le BDNF exerce un contrôle bidirectionnel sur l'efficacité des synapses GABAergiques en développement. La polarité de la plasticité est déterminée par le type d'activité endurée par les neurones et la forme sous laquelle le BDNF est présenté à ces derniers. J'ai ainsi décrit une séquence développementale qui pourrait s'inscrire dans les processus développementaux permettant la maturation du réseau GABAergique dans l'hippocampe de rat. / The immature brain is the place of developmental processes that allow the switch from a primitive structure to a mature and functional network. Spontaneous synaptic activity generated in the developing nervous system plays a fundamental role in these processes. One of the principal ways this activity is translated into phenotypical changes at the neuronal level is the secretion of neurotrophins. Neurotrophins are secreted by neurons and control each step of neuronal development. In the developing hippocampus, the major neurotrophin is BDNF (brain derived neurotrophic factor). This protein is synthetized under an immature form, proBDNF, which role is still poorly known. During my thesis, I showed that BDNF exerts a bidirectional control on the efficacy of developing GABAergic synapses, which polarity is set by the type of activity endured by neurons and the form of BDNF that is presented to them. I described a developmental sequence which could be a part of the developmental processes allowing the maturation of the GABAergic network in the developing rat hippocampus.

Etat des lieux : Les souris Tg2576, modèles de la maladie d'Alzheimer (MA), développent avec l'âge des troubles mnésiques, qui peuvent être réduits par l'exposition précoce à des conditions de vie cognitivement stimulantes, dite enrichissement environnemental. Hypothèse : L'effet pro-mnésique de l'enrichissement environnemental précoce provient-il d'une réduction de l'hypersynchronie neuronale, cause potentielle des troubles mnésiques chez les souris modèles de la MA ? Méthodes : Nous avons mis en évidence une hypersynchronie neuronale puis étudié l'effet de l'enrichissement environnemental sur ce phénotype chez les souris Tg2576, en utilisant des méthodes pharmacologiques, électro-encéphalographiques et immunohistochimiques. Résultats - conclusion : L'hypersynchronie neuronale apparait avant les premiers troubles mnésiques chez les souris Tg2576 mais n'est pas influencée par l'enrichissement environnemental. / Alzheimer's disease (AD) is characterized by an accumulation of amyloid peptides and by a progressive memory loss. These AD features can be modeled in transgenic mouse lines that overexpress mutant forms of the amyloid precursor protein. Environmental cognitive stimulations can delay memory decline in AD patients. Our team showed that an early environmental enrichment (EE) durably improves memory performances in Tg2576 mice, a progressive model of AD. Nevertheless, the neurobiological processes underlying the maintenance of memory performances in these mice remain unknown. EE might prevent some pathological events that contribute to memory deficits in Tg2576 mice. Among them, we focused on neuronal hypersynchrony. Indeed, AD patients and related mouse models exhibit seizures and some antiepileptic treatments can improve their memory performances. In this context, the two principal aims of this work were: 1) to evidence neuronal hypersynchrony in Tg2576 mice and precise its onset relative to the onset of memory deficits in this mouse line, 2) to determine if an environmental enrichment protocol that durably improves memory performances in these mice is able to reduce neuronal hypersynchrony. To this purpose, we assessed neuronal hypersynchrony at different ages in Tg2576 males as well as in Tg2576 females housed in enriched or standard conditions. To this end, we measured seizure susceptibility to a proconvulsant agent and the frequency of spontaneous interictal spikes on electroencephalographic recordings (EEG). We also looked for a marker of chronic seizures: the expression of neuropeptide Y in mossy fibers. In this thesis, we evidenced that neuronal hypersynchrony appears as soon as 1.5 months of age in Tg2576 mice, before their first memory deficits but that environmental enrichment does not influence it. We also observed that interictal spikes preferentially occur during sleep, their rate rising to its maximum during paradoxical sleep. Finally, Tg2576 mice present an overall increase in the power of EEG oscillations between 5 and 100 Hz, which is not affected by environmental enrichment. In conclusion, my thesis work showed that neuronal hypersynchrony precedes memory decline in Tg2576 mice and that environmental enrichment would rather promote the establishment of alternative cognitive strategies than preventing some alterations of brain neuronal activity such as neuronal hypersynchrony.

Les représentations mentales, en particulier les représentations spatiales, sont étroitement associées à l'activation coordonnée de groupes de cellules dans l'hippocampe. Nous avons entrepris l'étude des propriétés et activités spontanées du réseau hippocampique (et plus particulièrement de la région CA3) afin de mieux en comprendre le fonctionnement, dans les situations normales et pathologiques. En effet, certaines pathologies neurodégénératives telle que la maladie de Parkinson serait potentiellement associées à des troubles cognitifs hippocampo-dépendants. Ainsi dans la première partie de ma thèse, nous avons caractérisé la dynamique temporelle des signaux excitateurs et inhibiteurs spontanés de l'hippocampe par une approche électrophysiologique in vitro sur tranches d'hippocampe mais aussi chez l'animal anesthésié grâce des enregistrements multi-unitaires multi-sites. Ces travaux nous a permis de mettre en évidence que les caractéristiques de la dynamique du réseau CA3 remplissent quelques critères essentiels au concept d'assemblées cellulaires. De plus, cette étude a mis en évidence les caractéristiques fonctionnelles de l'hippocampe chez l'animal normal. Ces résultats peuvent donc être utiles pour de futures études sur les pathologies hippocampo-dépendantes touchant le codage ou la mémoire spatiale telle que la maladie de Parkinson. Ainsi, dans la deuxième partie de ma thèse, nous avons étudié les altérations fonctionnelles du circuit hippocampique chez un modèle rat de la maladie de Parkinson. La maladie de Parkinson est une maladie neurologique qui affecte le système nerveux central et entraine des symptômes essentiellement moteurs. La cause est une dégénérescence des neurones dopaminergiques mais aussi noradrénergiques et sérotoninergiques. Cependant, en dehors des troubles moteurs, cette pathologie est aussi caractérisée par des troubles cognitifs notamment des déficits spatiaux. Notre projet a donc consisté à analyser les mécanismes par lesquels les déplétions monoaminergiques entraîneraient des troubles de l'apprentissage spatial. Ce travail a été réalisé chez le rongeur à l'aide d'une étude associant une approche comportementale et des enregistrements électrophysiologiques chez l'animal anesthésié mais aussi chez l'animal éveillé en comportement. Nous avons ainsi pu mettre en évidence des dysfonctionnements hippocampiques causés par des lésions contrôlées des différents systèmes mono-aminergiques (plus particulièrement dopaminergique et noradrenergique) impliqués dans la maladie de Parkinson. / Mental representations, especially spatial ones are closely related to correlated activity in cellular assembly in the hippocampus. In this work, we analyzed the properties and the spontaneous activity of the hippocampal network in order to unravel its functioning in normal and pathological conditions. Several neurodegenerative disorders such as Parkinson's disease seems to be also associated to cognitive disorder related to hippocampus dysfunction. We first characterized the temporal dynamic properties of spontaneous excitatory and inhibitory signal. We then studied the functional alteration of the hippocampal network in a rat model of Parkinson's disease using behavioral and electrophysiological investigations. Our work showed that controlled lesion of the various monoaminergic systems induced hippocampus dysfunction related to spatial disorientation.In the first part of my thesis, we characterized the temporal dynamic of excitatory and inhibitory signals with electrophysiological recordings in vivo on hippocampal slices but also in anesthetized animals with multi-units multi-sites recordings. These studies allowed us to highlight that dynamic of CA3 network meets the criteria of cells assembly concept. Moreover, we characterize the functional properties of hippocampus in physiological conditions. These results could be useful for further studies on hippocampo-dependant pathologies in the context of spatial coding and memory.Thus, in the second part of my work, we studied the functional alterations of hippocampal network in the context of Parkinson disease. This pathology is a neurodegenerative disease which affects the central nervous system and leads essentially to motor symptoms. The cause is the degeneration of dopamine neurons but also of noradrenalin and serotonin neurons. Nevertheless, this pathology is also associated to cognitive disorders notably a form of spatial disorientation. Our project consisted to analyze the mechanisms by which monoamines depletions led to spatial learning impairments. This work was realized on rats with a study combinating behavioral approach with electrophysiological recordings in anesthetized animals but also in awake animals. We showed that some monoamines depletions (and notably dopamine and noradrenalin depletions) led to spatial impairments in behavioral tasks correlated to a change in firing and coding of neurons of hippocampus.

Dans le cerveau adulte, la signalisation liée à l’adénosine facilite ou inhibe la libération vésiculaire de neurotransmetteurs suite à l’activation des récepteurs de l’adénosine de type 2A ou 1 (A2AR ou A1R), respectivement. Cependant, son rôle dans le développement est mal connu. Au cours de ma thèse, j’ai étudié le rôle de la signalisation adénosine dans la synaptogenèse GABAergiques de l’hippocampe. Nous avons mis en évidence (i) une sécrétion activité-dépendante accrue d’adénosine et d’ATP pendant la période de synaptogenèse, (ii) un pic d’expression de l’enzyme limitant la formation de l’adénosine à partir de l’ATP extracellulaire, l’ecto-5’-nucleotidase, aux synapses pendant cette période critique, et (iii) un pic d’expression péri/post- synaptique du A2AR concomitant de la période de synaptogenèse. Cette expression développementale des molécules clés de la signalisation adénosine dépendante du A2AR corrélait avec un rôle de ce récepteur dans la stabilisation des synapses GABAergiques naissantes, une régulation restreinte à la période de synaptogenèse. De plus, la suppression de A2AR par une approche shRNA dans des neurones isolés conduisait à une perte de synapses GABAergiques équivalente à celle observée après un blocage pharmacologique de l’activité du A2AR, signifiant que la stabilisation synaptique médiée par le A2AR est un processus « cellule autonome » indépendant de l’activité du réseau neuronal et qu’elle requiert l’activation du A2AR dans la cellule post-synaptique.L’ATP et l’adénosine sont secrétés par la glie et les neurones ; cependant, nous avons montré in vitro que la libération neuronale activité-dépendante suffit à stabiliser les synapses GABAergiques naissantes. En utilisant la vidéomicroscopie sur cellules vivantes, nous avons montré que la signalisation adénosine stabilise les synapses actives. Puis, nous avons caractérisé le mécanisme moléculaire sous-jacent. Nous rapportons la contribution de la cascade adénylate cyclase/adénosine monophosphate cyclique/protéine kinase A et nous avons identifié une ciblé clé, la géphrine, la molécule d’ancrage postsynaptique des récepteurs GABAA. Enfin, nous avons mis en évidence que la stabilisation de l’élément présynaptique requiert probablement le complexe trans-synaptique Slitrk3-PTPd.Puisque le GABA exerce une fonction similaire au cours du développement et que le GABA et l’adénosine sont co-libérés à certaines synapses, j’ai étudié l’interaction entre ces deux voies de signalisation. Mes résultats favorisent l’hypothèse que la signalisation GABA, en activant la calcium-calmoduline, converge vers la signalisation adénosine en potentiant les adenylates cyclases sensibles au calcium. Mon travail m’a permis de proposer que, au cours d’une période clé du développement, les A2ARs postsynaptiques agissent comme des senseurs de l’activité des terminaisons présynaptiques GABAergiques pour stabiliser les synapses actives. En absence d’activité et donc de libération d’adénosine/ATP, les synapses seraient éliminées. / In the adult brain, adenosine signaling facilitates or inhibits neurotransmitter vesicular release mainly through activation of type 2A or 1 adenosine receptors (A2AR or A1R), respectively. However, its role in development remains to be elucidated. During my PhD, I addressed the role of A2AR-mediated signalling in GABAergic synaptogenesis in the hippocampus. We found (i) a larger activity-dependent release of ATP and adenosine during the period of synaptogenesis in the hippocampus, (ii) a peak of expression of the ecto-5’-nucleotidase, the rate-limiting enzyme for the formation of adenosine from extracellular ATP in synapses during this critical period, and (iii) a peak of peri/post-synaptic expression of A2AR concomitant with the period of synaptogenesis. This developmental expression of the key molecules of the adenosine A2AR signalling pathway correlated with a role of A2AR in the stabilization of nascent GABA synapses, a regulation restricted to the period of synaptogenesis. Furthermore, suppressing A2AR with a shRNA approach in isolated neurons led to a loss of synapses equivalent to that seen upon A2AR activity blockade, reporting that the A2AR-mediated synapse stabilization is a cell autonomous process that requires A2AR activation in the postsynaptic cell. ATP/adenosine can be secreted by both glia and neurons; however, we found that activity-dependent release of neuronal adenosine is sufficient to stabilize newly formed GABA synapses in vitro. Using live cell imaging, we showed adenosine signalling stabilizes active synapses. We then characterized the molecular mechanism downstream postsynaptic A2AR. We report the contribution of adenylyl cyclase/cyclic adenosine monophosphate/protein kinase A signalling cascade and we identified a key target, the postsynaptic scaffolding molecule gephyrin. We further showed the A2AR-mediated stabilization of the presynaptic compartment most probably requires the trans-synaptic Slitrk3-PTPd complex. Since GABA exerts a similar function during development and GABA and adenosine are co-released at some synapses, I further investigated the interplay between these two pathways. My results support the hypothesis that GABA signalling converge onto the adenosine signalling pathway by potentiating calcium-sensitive adenylyl cyclases through the activation of calmodulin.Altogether these results let us propose that, during a key developmental period, postsynaptic A2ARs act as sensors of the activity of GABAergic presynaptic terminals to stabilize active nascent GABAergic synapses. In absence of activity and therefore secretion of adenosine/ATP, synapses will be eliminated.

Thèse doctorat : Neurosciences : Strasbourg 1 : 2006. / Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. 27 p.