Essentiel à la survie, le stress est une expérience connue de tous les organismes. Son excès, tout comme son manque, peut cependant induire des conséquences néfastes pour la santé. Ainsi, un stress aigu peut engendrer des déficits au niveau des fonctions cognitives via l’activation de récepteurs aux glucocorticoïdes (GRs). L’activation de ces-derniers peut perturber les fonctions neuronales et induire des altérations du comportement et même de la physiologie neuronale. À ce jour, très peu d’information est disponible quant aux effets précis de l’activation des GRs sur la plasticité et la fonction synaptique; d’autant moins lorsque les différences sexuelles sont prises en compte. De plus, la manière dont la signalisation GR dans les types de cellules non- neuronales contribue au dysfonctionnement synaptique associé au stress reste encore moins claire. Ainsi, notre but était de caractériser les effets du stress aigu sur la fonction synaptique de l’hippocampe chez les souris mâles et femelles afin de mettre en évidence le rôle de la signalisation aux glucocorticoïde au sein des cellules non-neuronales. À cet effet, des souris ont été soumises à un test de nage forcée (acute swim stress), puis des tranches d’hippocampe ont été préparées in-vitro pour l’étude électrophysiologique. Les souris mâles ont exprimé une réponse neuroendocrine plus prononcée au stress aigu, alors que cette dernière est demeurée absente chez les femelles. Dans cet ordre d’idées, les déficits de potentialisation à long-terme (LTP) obtenus en réponse au stress ont aussi été observés exclusivement chez les mâles. Finalement, les enregistrements électrophysiologiques en cellule-attachée ont montré qu’un stress aigu augmente l’excitabilité intrinsèque dans CA1 chez les deux sexes, mais que des modifications aux afférences excitatrices de CA1 sont observés seulement chez les mâles. / Stress is a global experience across all organisms, and although important for our survival, stress can have detrimental effects on brain health. More specifically, acute stress induces an intense deficit in cognitive function via the activation of glucocorticoid receptors (GRs). The activation of GRs can modify neuronal function and structure to promote lasting changes in behaviour and physiology. Despite this, the effects and precise mechanisms of stress and GR activation on synaptic function and plasticity in male and female mice remain unclear. Furthermore, how GR signalling in non-neuronal cell types contributes to the synaptic dysfunction associated with stress remains even less clear. Thus, we aimed to conduct a detailed characterization of the effects of acute stress on hippocampal synaptic function in male and female mice and highlight the role of GR signalling in non-neuronal cell types in governing these effects. To accomplish this, mice were subjected to an acute swim stress and hippocampal brain slices were prepared for in-vitro electrophysiology. We found that male mice have a pronounced neuroendocrine response to acute stress, accompanied by an increase in astrocyte GR signalling. However, these changes were absent in female mice. In line with this, we have also found that stress-induced impairments of hippocampal long-term potentiation (LTP) are specific to males. Finally, whole-cell patch clamp recordings demonstrate that acute stress increases the intrinsic excitability of CA1 neurons in male and female mice; however, only male mice have changes in the excitatory inputs of CA1 neurons. Overall, our results demonstrate a sexually dimorphic response to an acute swim stress.

Les troubles anxieux comptent parmi les troubles psychiatriques les plus courants dans le monde, les femmes étant presque deux fois plus susceptibles que les hommes de recevoir un diagnostic de trouble d’anxiété au cours de leur vie. Les neurones sérotoninergiques (5-HT) du raphé médian sont fortement impliqués dans la régulation de l’humeur et de l’anxiété, mais les substrats neuronaux sous-tendant les différences liées au sexe dans l’anxiété sont encore largement méconnus. L'hippocampe ventral (HPv), une région qui a été décrite comme un modulateur majeur de l'anxiété, entre autres grâce à ses communications oscillatoires avec d'autres zones cérébrales, reçoit des afférences denses de 5-HT des noyaux du raphé. Des résultats préliminaires obtenus par notre laboratoire montrent que l’activation optogénétique des neurones 5-HT du raphé qui projettent à l’HPv influence le niveau d’anxiété des souris femelles, mais pas des mâles. En se basant sur ces résultats, l’objectif de mon projet est d’explorer les causes de ce dimorphisme sexuel de la voie raphé-HPv dans l’anxiété. J’analyserai l’expression du marqueur d’activation c-Fos après un test d’anxiété, avec ou sans activation optogénétique de la voie 5-HT raphé-HPv. Notre hypothèse est qu’il existe une différence mâle-femelle dans l’excitabilité des neurones 5-HT projetant à l’HPv. Les résultats obtenus permettront de mettre en lumière i) l’expression de c-Fos dans les neurones 5-HT qui projettent à l’HPv en conditions basales (eYFP) chez les mâles et femelles et ii) la différence dans l’expression de c-Fos après activation optogénétique de notre population d’intérêt chez les mâles et femelles. Nous démontrons que l’activation optogénétique de la voie 5-HT du raphé projetant à l’HPv augmente les comportements anxieux, seulement pour les souris femelles. Nous démontrons aussi que l’activation de cette projection diminue l’activité locomotrice. Par ailleurs, les comportements anxieux semblent activer différemment les sous-régions du raphé en fonction du sexe. Ce travail contribue à une meilleure compréhension des mécanismes sous-jacents au rôle de la voie 5-HT du raphé projetant à l’HPv dans la modulation différentielle des comportements d’anxiété selon le sexe. / Anxiety disorders rank among the most common psychiatric conditions worldwide, with women being nearly twice as likely as men to receive a diagnosis of an anxiety disorder during their lifetime. Serotonergic neurons (5-HT) in the median raphe are heavily involved in regulating mood and anxiety, but the neuronal substrates underlying sex-related differences in anxiety are still largely unknown. The ventral hippocampus (vHP), a region described as a major modulator of anxiety, including through oscillatory communication with other brain areas, receives dense inputs of 5-HT from the raphe nuclei. Preliminary results from our laboratory indicate that optogenetic activation of 5-HT neurons projecting to the vHP influences the level of anxiety in female mice but not in males. Building upon these findings, the aim of my project is to explore the causes of this sexual dimorphism in the raphe-vHP pathway related to anxiety. I will analyze the expression of the c-Fos activation marker after an anxiety test, with or without optogenetic activation of the raphe-vHP 5-HT pathway. Our hypothesis is that there is a male-female difference in the excitability of 5-HT neurons projecting to the vHP. The results obtained will shed light on i) c-Fos expression in 5-HT neurons projecting to the vHP under baseline conditions (eYFP) in males and females, and ii) the difference in c-Fos expression after optogenetic activation of our population of interest in males and females. We demonstrate that optogenetic activation of the raphe-vHP 5-HT pathway increases anxiety behaviors, only in female mice. We also show that activation of this projection decreases locomotor activity. Furthermore, anxiety behaviors appear to activate different subregions of the raphe depending on sex. This work contributes to a better understanding of the underlying mechanisms of the role of the raphe-vHP 5-HT pathway in the differential modulation of anxiety behaviors based on sex.

Les humains utilisent spontanément deux types de stratégies lorsqu’ils naviguent dans leur environnement. Les stratégies spatiales impliquent la création d’une carte cognitive en mettant en relation des repères dans leur environnement. Les stratégies réponses impliquent l’apprentissage d’une route rigide suivant une série d’étapes pour se rendre d’un point à un autre. Les stratégies spatiales sont sous-tendues par l’hippocampe et sont associées à un volume et une activité hippocampique plus élevée. En revanche, les stratégies réponses sont sous-tendues par les noyaux caudés et sont associées à un volume et activité plus élevé dans les noyaux caudés. Cette étude cherche à voir si l’usage de stratégies spatiales puisse agir comme facteur de protection dans le déclin cognitif lié à l’âge. Entre 2011 et 2016, 143 personnes âgées ont été testés sur leur stratégie de navigation utilisée spontanément ainsi que sur leur mémoire épisodique et leur cognition globale. 26 de ces personnes âgées ont été testés à nouveau en 2022 et 2023 sur ces mêmes tests. On observe que les personnes âgées utilisant spontanément une stratégie spatiale présentent un déclin de la mémoire épisodique auditivo-verbale moins important que ceux utilisant spontanément une stratégie réponse. Cette différence n’a pas été observée pour la cognition globale ou la mémoire épisodique spatiale. Ces résultats supportent l’importance de l’intégrité hippocampique dans le déclin cognitif lié à l’âge et met en évidence l’usage spontanée d’une stratégie de navigation sous-tendue par l’hippocampe comme facteur de protection contre le déclin cognitif lié à l’âge. / Humans spontaneously use two types of strategy when navigating their environment. Spatial strategies involve creating a cognitive map by making relations between landmarks in their environment. Response strategies involve learning a rigid route following a series of steps to get from one point to another. Spatial strategies are dependant on the hippocampus and are associated with higher hippocampal volume and activity. In contrast, response strategies are dependant on the caudate nucleus and are associated with higher volume and activity in the caudate nucleus. This study investigates whether the use of spatial strategies can act as a protective factor against age-related cognitive decline. Between 2011 and 2016, 143 elderly people were tested on their spontaneously used navigation strategy, as well as on their episodic memory and global cognition. 26 of these elderly people were retested in 2022 and 2023 on these same tests. Elderly people spontaneously using a spatial strategy showed less decline in auditory verbal episodic memory than those spontaneously using a response strategy. This difference was not observed for global cognition or spatial episodic memory. These results support the importance of hippocampal integrity in age-related cognitive decline and highlights the spontaneous use of a hippocampus dependant navigation strategy as a protective factor in age related cognitive decline.

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

Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2023 / Les microglies, les cellules immunitaires résidentes du cerveau, sont sensibles aux changements de leur environnement local. Des facteurs environnementaux notamment liés au mode de vie, tels que le sommeil et le stress chronique, peuvent influencer les fonctions microgliales, leur permettant ainsi de répondre à ces facteurs en modulant leur surveillance et leurs interactions dynamiques avec les circuits neuronaux. Cependant, les mécanismes par lesquels la microglie répond à ceux-ci restent méconnus, en particulier chez les femmes. Comme la microglie présente des différences entre les sexes et que les femmes sont plus touchées que les hommes par les conséquences d'un mauvais sommeil ou d'un stress chronique, il est important de mieux comprendre les mécanismes qui sous-tendent l'implication de la microglie dans la régulation du sommeil et dans la réponse au stress chronique chez les femmes. Le sommeil est essentiel pour maintenir une bonne santé physique et mentale, il est donc étroitement régulé par de multiples processus. Bien que la plupart des études portant sur la régulation du sommeil ont été menées d'un point de vue neuronal, les cellules gliales ont gagné en intérêt ces dernières années. Il a été démontré que les astrocytes y jouent un rôle important, mais on en sait encore peu sur la microglie. Nous avons donc d'abord voulu déterminer l'implication de la microglie dans la régulation du cycle veille-sommeil en déplétant la microglie chez des souris femelles. Nous avons observé que les souris partiellement déplétées en microglie passaient plus de temps en sommeil lent (NREM) et avaient un nombre accru d'épisodes de sommeil NREM. Ces changements ont été partiellement recouvré par la repopulation microgliale. Nous avons également étudié la transmission synaptique excitatrice dans le cortex moteur primaire, une région impliquée dans la génération des ondes du sommeil, où nous avons observé une altération de celle-ci dépendant de la phase causée par la déplétion microgliale. Nos résultats montrent donc que la microglie est impliquée dans la régulation du sommeil chez les femelles, potentiellement par la modulation de la plasticité synaptique. Ces résultats renforcent l'implication potentielle de la microglie dans le développement et/ou la progression des troubles du sommeil. Outre les troubles du sommeil, le stress chronique est un facteur de risque environnemental important. Si le stress aigu peut être bénéfique à l'organisme pour répondre à certaines situations, il est néfaste lorsqu'il devient chronique, augmentant le risque de développer des maladies métaboliques et des troubles neuropsychiatriques. Le stress chronique coordonne la réponse de l'organisme par la sécrétion de nombreuses hormones, dont les glucocorticoïdes. Dans le cerveau, les récepteurs aux glucocorticoïdes (GR) sont exprimés par différents types de cellules, notamment par la microglie qui régulent les processus inflammatoires induits par le stress. Nous avons donc voulu déterminer dans cette deuxième partie le rôle de la signalisation glucocorticoïde microgliale dans la réponse au stress chronique. Nous avons généré un modèle de souris dans lequel la microglie est déplétée en GR et l'avons exposé à un hébergement contrôle ou à un stress léger chronique imprévisible (UCMS). Bien que la déplétion microgliale des GR n'ait pas empêché la capacité des souris à répondre au stress, elle a affecté les mécanismes microgliaux et neuronaux de l'hippocampe qui sous-tendent l'adaptation au stress. Suivant le UCMS, les souris de type sauvage présentaient une plus grande arborisation microgliale, alors qu'aucune différence n'a été observée chez les souris sans GR microgliaux dans le *stratum radiatum* de l'hippocampe, une des régions les plus affectées par l'exposition au stress chronique. De plus, les microglies dépourvues de GR (par rapport aux souris témoins de type sauvage) ont montré une réduction des niveaux d'expression des gènes pro-inflammatoires et une augmentation des gènes neuroprotecteurs et anti-inflammatoires. Ce phénomène était accompagné d'une diminution de la potentialisation à long terme et du rapport des impulsions appariées dans l'hippocampe. Enfin, l'absence de GR microgliaux a augmenté la neurogénèse, indépendamment de l'exposition au stress. Ces résultats montrent donc que les GR sont impliqués dans la réponse microgliale au stress chronique et contribuent à la modulation par la microglie des fonctions de l'hippocampe chez les femelles. Ces observations mettent en évidence de nouveaux mécanismes microgliaux impliqués dans la régulation du sommeil et dans la réponse au stress chronique. Ces bases mécanistiques pourraient être utilisées pour modulerles fonctions microgliales et atténuer les symptômes ou prévenir des troubles plus sévères causés par le stress chronique ainsi que par des troubles du sommeil chez les femmes. / Microglia, the brain's resident immune cells, are sensitive to changes in their local environment. Lifestyle or environmental factors, such as sleep and chronic stress, can influence microglial functions, allowing these cells to respond by modulating their surveillance and dynamic interactions with neuronal circuits. However, the mechanisms by which microglia respond to these factors remain unclear, particularly in females. As microglia present sex differences, and women are more affected than men by the consequences of poor sleep quality and chronic stress, it is important to provide a better understanding of the mechanisms underlying microglial involvement in the regulation of sleep and response to chronic stress in females. Sleep is a physiological state essential to maintain proper physical and mental health, which is tightly regulated through multiple processes. While most studies investigating sleep regulation have been conducted from a neuronal point of view, glial cells have gained more interest in recent years. Astrocytes, a type of glial cell, have been shown to be important players in sleep regulation, but less is known about microglia. We first aimed to determine the role of microglia in the regulation of the sleep-wake cycle by depleting microglia in female mice. We observed that mice partially depleted of microglia spent longer periods of time in non-rapid eye movement (NREM) sleep and had an increased number of NREM episodes. These changes were partially normalized by microglial repopulation. We also investigated synaptic transmission in the primary motor cortex, a region involved in the generation of sleep oscillations, where we observed that microglial depletion altered excitatory synaptic transmission in a phase-dependent manner. Our results show that microglia are involved in sleep regulation in females, potentially through the modulation of synaptic plasticity. These findings further strengthen the role of microglia in the development and/or progression of sleep disorders. Chronic stress, alongside sleep disturbances, is an important environmental risk factor. While an acute stress response can be beneficial for the organism to respond to certain situations, it can be detrimental to physical and mental health when it becomes chronic, increasing the risk of developing metabolic diseases and neuropsychiatric disorders. Chronic stress leads to the secretion of numerous hormones, including glucocorticoids by the adrenal glands. In the brain, glucocorticoid receptors (GR) are expressed by various cell types including microglia, which regulate stress-induced inflammatory processes. Therefore, we aimed to determine in the second part of the thesis the role of microglial glucocorticoid signaling in response to chronic stress. We generated a mouse model in which microglia were depleted of glucocorticoid receptors (GR) and the mice were exposed either to a control housing condition or to stressors (unpredictable chronic mild stress; UCMS). Although microglial GR depletion did not prevent stress-induced anxiety-like behaviours and anhedonia, it affected hippocampal microglial and neural mechanisms underlying the adaptation to stress. Indeed, following UCMS, wild-type mice had an increased microglial arborization area, while no difference was observed in the microglial GR-depleted mice in the hippocampal *stratum radiatum*, one of the main regions affected by chronic stress. Furthermore, microglial GR-depleted mice (versus wild-type controls) showed reduced expression of pro-inflammatory genes and increased expression of microglial homeostatic and anti-inflammatory genes in the hippocampus. This phenomenon was accompanied by a reduction of hippocampal *cornu ammonis* 1 (CA1) long-term potentiation and paired-pulse ratio. Lastly, microglial GR deficiency increased the formation of newborn neurons in the dentate gyrus subgranular zone independently of stress exposure. Overall, these results showed that GR are involved in the microglial response to chronic stress and in microglial modulation of hippocampal functions in female mice. Altogether, our observations highlight novel microglia-mediated mechanisms involved in the response to chronic stress and in the regulation of sleep. These mechanistic foundations could be used to modulate microglial functions and alleviate symptoms or prevent more severe disorders caused by chronic stress, as well as sleep disturbances, in females.

Le modèle neurodéveloppemental de la schizophrénie chez le rat prédit qu'une lésion néonatale de l'hippocampe ventral (HV) entraîne, uniquement au terme de la maturité cérébrale, diverses perturbations fonctionnelles du cortex pré frontal (CPF). Toutefois, peu d'études ont investigué le développement des fonctions cognitives associées au CPF et à l'hippocampe qui représente, selon certains auteurs, la pierre angulaire de la symptomatologie de la schizophrénie. Cette thèse examine les effets d'une lésion néonatale bilatérale de l'HV sur l'intégrité de diverses fonctions cognitives associées au CPF et à l'hippocampe chez le rat. Cinq expériences comparent, à différents stades du développement cérébral, la performance de rats ayant subi une lésion néonatale excitotoxique de l'HV à celle de rats ayant reçu une lésion simulée dans une série de paradigmes cognitifs et comportementaux. Une première expérience (Chapitre 2) évalue la mémoire de travail aux stades de développement juvénile et adulte à l'aide de tâches d'alternance spatiale différée et d'apprentissage de discrimination conditionnée comportant des délais variables entre la présentation d'un stimulus et la production de la réponse. Dans les deux paradigmes, les rats lésés à l'HV démontrent un déficit indépendant des délais qui témoigne d'un mauvais fonctionnement du CPF, lequel persiste du stade de développement juvénile jusqu'à l'âge adulte. Une seconde série de trois expériences (Chapitre 3) examine l'effet de la lésion néonatale sur l'alternance spatiale différée, l'alternance spontanée et la motivation. Les données révèlent, dès le sevrage, des déficits de mémoire de travail qui ne sont pas dus à une perturbation des comportements exploratoires ou de motivation. Une dernière expérience (Chapitre 4) mesure, au stade juvénile de développement, la flexibilité comportementale à l'aide de tâches de changement de lieu et de discrimination perceptive ainsi que la densité des épines dendritiques des neurones

Une lésion de l’hippocampe empêche le conditionnement aversif de trace sans avoir d’effet sur le conditionnement différé. Dans des situations appétitives, la lésion de l'hippocampe n'a pas non plus d'effet sur le conditionnement différé. Il y a, toutefois, peu de données sur le conditionnement appétitif de trace, mises à part les observations dans le mouvement conditionné de la mâchoire chez le lapin qui portent à croire que l’hippocampe y joue un rôle essentiel. Ce mémoire vise donc à faire avancer les connaissances sur la fonction de l’hippocampe dans le conditionnement appétitif de trace. Des rats normaux et des rats avec une lésion de l’hippocampe sont testés dans des conditionnements appétitifs différé et de trace de la réponse de lapement. Les résultats indiquent que l’apprentissage est plus rapide dans le conditionnement différé que de trace et qu’aucune différence n’est observée entre les groupes lésés et non lésés, peu importe que le conditionnement soit différé ou de trace. La participation de l’hippocampe n’est donc pas essentielle dans ce type conditionnement appétitif de trace, contrairement à ce qui généralement observé dans des conditionnements aversifs de trace. / Several studies that used aversive conditioning indicated that the hippocampus is not essential for the acquisition of the conditioned response in the delay paradigm whereas in the trace paradigm, hippocampal lesions impair the acquisition. Experiments with appetitive delay conditioning corroborate findings from aversive delay conditioning. No study has examined appetitive trace conditioning in hippocampectomized rats. Further investigations on the role ofthe hippocampus in appetitive and aversive conditioning are then needed which is the issue addressed in this master thesis. Two experiments examined appetitive delay and trace conditioning of the licking response in normal rats and in rats with NMDA lesions of the hippocampus or sham-operated rats. Acquisition in lesioned rats did not differ from that ofcontrol rats either on delay or on trace conditioning. These results differ from those in aversivetrace conditioning and suggest that the neural mechanisms underlying appetitive and aversive trace conditioning might be different.

Le récepteur hypophysaire de la GnRH (RGnRH) joue un rôle crucial dans le contrôle de la fonctionde reproduction. Dans le promoteur distal du Rgnrh, j'ai caractérisé un élément de réponsebifonctionnel répondant aux protéines LIM à homéodomaine ISL1/LHX3 et à GATA2. D'autre part,deux motifs TAAT situés dans la région plus proximale confèrent à ce gène la capacité de répondreaux facteurs Paired-like PROP1 et OTX2. Tous ces facteurs, exprimés précocement au cours del'ontogenèse hypophysaire, pourraient participer à l'émergence de l'expression du Rgnrh. Hors del'hypophyse, j'ai découvert que le Rgnrh est exprimé au cours du développement postnatal dansl'hippocampe de rat, où il module la plasticité synaptique. Par ailleurs, j'ai identifié deux nouveauxsites d'expression, la rétine et la glande pinéale. Ces résultats mettent en lumière l'importancefonctionnelle de ce récepteur et de son ligand et les rôles multiples qu'il ont acquis au cours del'évolution des Vertébrés.

Dans le cadre de la modélisation des pathologies anxio-dépressives, notre équipe a créé par des approches génétiques et pharmacologiques deux modèles de souris, les souris privées des récepteurs 5-HT1A et 5-HT1B de la sérotonine (5-HT1A/1B-/-) et les souris CORT ayant reçu une exposition chronique de corticostérone exogène (modèle CORT). Ces modèles présentent respectivement un phénotype hyper anxieux et anxio-dépressif. A l'aide de la technique des puces à ADN, nous avons tenté de caractériser le phénotype moléculaire des troubles comportementaux observés dans les différentes régions cérébrales cortico-limbiques de ces modèles et de rechercher les effets des antidépresseurs sur le transcriptome. Nos études ont montré que les états anxio-dépressifs induisent des changements transcriptomiques spécifiques des différentes régions cérébrales du circuit cortico-limbique. Les traitements antidépresseurs ont non seulement inversé ces changements moléculaires, mais également induit des transcriptions génomiques régionales spécifiques.

Nous possédons la faculté de reconnaître individuellement des centaines d'individus. Ceci nous permet d'évoluer dans une société complexe dont l'organisation est en partie forgée par les relations interindividuelles. La reconnaissance individuelle peut être réalisée par l'identification de divers éléments distincts, comme le visage ou la voix, qui forment chez l'Homme une seule représentation conceptuelle de l'identité de la personne. Nous avons démontré que les singes rhésus, comme les humains, reconnaissent individuellement leurs congénères familiers, mais également les individus humains connus. Ceci montre que la reconnaissance fine est une compétence partagée par un éventail d'espèces de primates pouvant servir de fondement à la vie en réseaux sociaux sophistiqués, et également que le cerveau s'adapte de façon flexible pour reconnaître les individus d'autres espèces lorsque ceux-ci ont une importance socioécologique. Par la suite, au niveau neuronal, ce projet a mis en lumière que les connaissances sociales concernant autrui sont représentées par les neurones hippocampiques ainsi que par les neurones inférotemporaux. Ainsi nous avons observé l'existence de neurones sélectifs aux visages non seulement dans le cortex inferotemporal, comme ceci a été décrit précédemment, mais également dans l'hippocampe. La comparaison des propriétés de ces neurones au sein de ces deux structures, suggère que les deux régions joueraient des rôles complémentaires au cours de la reconnaissance individuelle. Enfin, parce que l'hippocampe est une structure qui a évolué à des degrés divers chez différents mammifères pour soutenir la mémoire autobiographique et les représentations spatiales, la caractérisation des différents types de neurones et de leur connectivité a fourni un cadre commun pour comparer les fonctions de l'hippocampe à travers les espèces