De récents travaux ont mis en évidence que des dysfonctionnements dans l’expression de gènes impliqués dans la plasticité synaptique contribuent aux déclins cognitifs qu’on observe chez les gens âgés et à la progression de la maladie d’Alzheimer. Notre étude avait comme objectif d’étudier le profil d’expression d’ARNm spécifiques impliqués dans la plasticité synaptique chez des rats jeunes et âgés et chez des souris transgéniques 3xTg et WT. Des expériences en qRT-PCR ont été effectuées dans des extraits de cortex et d’hippocampe de rats jeunes et âgés et de souris 3xTg et WT, respectivement. Les résultats ont démontré une augmentation significative de l’expression d’ARNm MAP1B, Stau2, BDNF, CREB et AGO2 principalement dans l’hippocampe (régions CA1-CA3) des souris 3xTg comparé aux souris WT. Une diminution significative a également été observée pour l’ARNm αCaMKII dans le cortex des souris 3xTg comparé aux souris WT. Contrairement à ces observations, aucun changement n’a été observé pour l’expression de gènes impliqués dans la plasticité synaptique chez les rats âgés comparé aux rats jeunes. Ces résultats démontrent qu’un dysfonctionnement existe réellement au début de la maladie d’Alzheimer dans l’expression de gènes spécifiques impliqués dans la plasticité synaptique et contribue potentiellement à la progression de la maladie en engendrant un déséquilibre entre la LTP et la LTD. De plus, les différences d’expressions sont particulièrement observées dans l’hippocampe (régions CA1-CA3) ce qui est consistant avec les études sur la progression de la maladie d’Alzheimer puisqu’il est connu que la région CA1 de l’hippocampe est la plus vulnérable à l’apparition de la maladie. Ces résultats permettent une meilleure compréhension des événements moléculaires qui deviennent dérégulés à l’apparition de la maladie d’Alzheimer. / Recent work has demonstrated that dysregulations in the expression profile of plasticity-related genes in specific brain regions contribute to age-related cognitive decline and Alzheimer’s disease. The aim of this study was to determine the expression profile of a subset of plasticity-related mRNAs in different regions of the brain of young and aged rats as well as 3xTg and wild type (WT) mice. qRT-PCR experiments were performed in extracts of cortex and hippocampus of young and aged rats and of 3xTg and WT mice, respectively. Results demonstrated significant increases in the expression of MAP1B, Stau2, CREB, BDNF, and AGO2 mRNAs, especially in the hippocampus (CA1-CA3 fields) of 3xTg mice compared to WT mice. A significant decrease was also observed in the expression of αCaMKII mRNA in the cortex of 3xTg mice compared to WT mice. On the other hand, no significant changes were observed in the expression of plasticity-related genes in the hippocampus of aged rats compared to young rats. These results confirm that alterations in gene expression occur at the onset of AD and possibly contribute to the progression of the disease by causing an imbalance between long-term potentiation and long-term depression. In addition, patterns of significant altered gene expression, especially in the hippocampus (CA1-CA3 fields) of 3xTg mice are consistent with the progression of AD whereby the hippocampus (CA1 region) is most vulnerable at the onset of the disease. These results provide a better understanding of the molecular events that first become disturbed in AD.

La Polarité Cellulaire Planaire (PCP) est une voie de signalisation originellement identifiée chez les invertébrés pour son rôle dans l’établissement d’une asymétrie cellulaire perpendiculaire à l’axe apico‐basal. Elle définit une polarité dans le plan d’un épithélium et coordonne cette polarité dans tout l'épithélium. L'activation de la voie PCP conduit à une réorganisation ducyto squelette en passant par une modulation des zones d'adhésion, régulant ainsi la forme et les mouvements des cellules. La voie de signalisation de la PCP est conservée tout au long de l'évolution jusqu'au mammifères, et contrôle la morphogénèse de divers tissus dont les tissus épithéliaux et mésenchymateux, ainsi que pour les tissues cardiaques, osseux, pulmonaire ou encore rénaux, mais aussi le système nerveux pour n'en citer que quelques‐uns.Afin d'identifier le rôle de vangl2, un des gènes centraux de la PCP, dans la mise en place de la circuiterie hippocampale, nous avons créé un modèle murin où vangl2 est supprimé de façon conditionnelle (cKO) dans le télencéphale à des stades précoces de l’embryogénèse. J’ai d'abord montré que Vangl2 est enrichi dans les neurones immatures de la zone sous granulaire du DG, ainsi que dans l’arborisation des neurites (axones et dendrites) des cellules granulaires (CG) du gyrus denté (DG) de l’hippocampe. Ainsi, Vangl2 est enrichi dans le stratum lucidum (sl), une région dense en contacts synaptiques entre le DG et le CA3. Dans cette région a lieu une synapse très particulière entre l'axone des CG, la fibre moussue (Mf) qui forme des boutons géants (MfB) et les excroissances épineuse (TE) issues de la partie proximale des dendrites apicaux. L'analyse structurale et ultra structurale de ces épines démontre que l'élargissement et la complexification de la synapse MfB/TE est bloquée dans nos mutants, alors que les zones actives (PSD) des épines sont présentes, mais réorganisées. De façon intéressante,dans une zone plus distale des dendrites des neurones du CA3 (sl), les épines sont, elles, plus grosses, suggérant un remodelage complexe du réseau en l'absence de vangl2. Enfin, j’ai pu montrer que ces défauts morphologiques étaient corrélés à des problèmes de mémoire complexe (mémoire déclarative) qui dépendent de l’hippocampe mais aussi du cortex. Cette étude montre pour la première fois l’importance du signal PCP dans maturation in vivo d’un circuit hippocampique spécifique ainsi que ces conséquences cognitives. D'autres résultats in vitro montrent que la suppression de vangl2 augmente la vitesse de déplacement des cônes de croissance sur des substrats de N‐cadhérine. J’ai utilisé la microscopie en super résolution spt‐PALM‐TIRF pour montrer que cette augmentation de croissance est inversement proportionnelle à la vitesse du flux rétrograde d’actine. Des expériences de FRAP permettent de suggérer que les molécules de N‐cadhérine engagées dans des interactions hémophiliques (adhésion) est plus importante dans les mutants vangl2 Je propose que Vangl2 contrôle le recyclage et la stabilité des protéines N‐cadhérine dans les sites d’adhésion afin de réguler localement les dynamiques d’actine et par conséquent la croissance neuronale. / Planar Cell Polarity (PCP) is a signaling pathway originally known for its role in the establishment of cellular asymmetry perpendicular to the apico‐basal axis, in the plane of an epithelium. PCPsignaling has been shown to be crucial for many tissue patterning, including epithelial and mesenchymal tissue, but also cardiac, lung, bone, or kidney tissues, to cite a few. PCP signaling controls the regulation of cellular movement via the control of adhesion turnover and cytoskeleton reorganization. Vangl2 is one of the most upstream core PCP proteins that has been implicated in the recent years in various neuronal mechanisms, such as axonal guidance, dendrite morphogenesis or synaptogenesis. However, most of these studies rely on acute downregulation of the gene in vitro or in the use of a mouse presenting a spontaneous mutation of this gene, called Loop‐tail (Vangl2Lp) which causes the death of the embryo at birth. Moreover, the Vangl2Lp form of this protein has been described has a dominant‐negative form, making it difficult to untangle the molecular mechanism leading to the many phenotypes (included neuronal ones) reported inhomozygotes Looptail mice. To bypass this problem we created a conditional knockout (cKO) mouse in which vangl2 is deleted in the telencephalon during early embryogenesis. First, I analyzed the profile of expression of the protein during the first 3 weeks after birth, and I show that Vangl2 is specifically targeted to the arborization of granular cells (GC) of the dentate gyrus (DG) of the hippocampus, and excluded from cell bodies. Also, the protein was highly enriched in immature neurons of the subgranular zone of the DG, and in the stratum lucidum, a region of high‐density contacts between the GC and the CA3. In this region, a special type of synapse is formed: the Mossy Fiber Bouton (MfB) / Thorny Excrescence (TE) synapse. These synapses are bigger and more complex than conventional synapses. I then performed a structural and ultrastructural analysis of the DG/CA3 circuit in the Vangl2 cKO mice in order to understand the role of Vangl2 in the hippocampus maturation. For this, I used stereotaxic mice infection viruses, and Serial block face scanning electron microscopy (SBFsEM) with 3D reconstruction. Results show that in cKO mice, Mfs fasciculation is mildly impacted, and that the enlargement and complexification of the MfB/TE synapse is arrested, with TEs almost absent. I was able to link these morphological abnormalities to deficits in complex hippocampal‐dependent learning tasks. This work demonstrates for the first time the importance of PCP signaling for the in vivo maturation of a specific hippocampal circuit and its specific cognitive consequences. Next, I attempted to identify the functional consequences of vangl2 deletion on young hippocampal neuron maturation. My results confirm that Vangl2 is expressed in young hippocampal neurons and that the deletion of the gene affected neurite outgrowth on Ncadherin substrate. I used spt‐PALM‐TIRF super‐resolution microscopy to show that this increased neurite outgrowth was inversely proportional to a decrease in actin retrograde flowand to a decrease in the number of directed actin trajectories. These results strongly suggest that N‐cadherin adhesions are affected by Vangl2 deletion. FRAP experiments demonstratedthat in Vangl2 cKO neurons the recovery of N‐cadherin molecules engaged in homophilicbindings (adhesion) was decreased, suggesting that the turnover of N‐cadherin involved inadhesion is reduced. Altogether, I propose that Vangl2 controls the turnover/stability of Ncadherin proteins at adhesion sites to regulate local actin dynamics and consequently neuronal outgrowth

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

Le stress a une fonction adaptative mais son influence délétère sur la santé physique,cognitive et mentale lorsqu’il se présente de façon excessive et/ou chronique est aujourd’huireconnue. De très nombreux travaux ont démontré que le jeune enfant, l’adolescent et le sujetâgé y sont particulièrement vulnérables. L’objectif de cette thèse a été de déterminer s’ilexiste une sensibilité au stress chronique chez l’adulte selon l’âge au moment de l’exposition.Le modèle de stress chronique léger et imprédictible mis au point chez la souris a été utilisé.Les impacts à court et long-terme (sujet âgé), ont été déterminés en analysant les troublessomatiques, hédoniques, anxieux, dépressifs et cognitifs, caractéristiques du syndrome destress. Contrairement à l’idée selon laquelle l’adulte serait plus résistant et plus résilient auxperturbations induites par le stress, les résultats de cette thèse démontrent qu’une période destress à l’âge adulte produit des effets délétères drastiques non seulement immédiats maiségalement à long terme. Toutefois, l’adulte d’âge moyen serait plus résistant et plus résilientrelativement aux adultes jeunes ou d’âge avancé qui présentent une symptomatologie plusmarquée. La sévérité des symptômes anxieux initialement générés par le stress est corrélée àla fois avec la persistance des troubles et la modification des marques de répression géniquedans l’hippocampe indiquant la présence d’une signature épigénétique de l’épisode de stress àlong terme. Des études récentes ont suggéré l’implication de la somatostatine centrale dans lesrégulations émotionnelles et relient la vulnérabilité au stress chronique des neuronessomatostatinergiques avec le développement de troubles anxio-dépressifs. Les résultats decette thèse ont permis d’identifier l’inhibition à la fois de l’axe HPA et des comportementsanxio-dépressifs par les récepteurs sst2 et sst4 de l’hippocampe. Les profils comportementauxinduits par l’utilisation d’agonistes sélectifs ou par la délétion de ces deux récepteurssuggèrent l’existence de deux voies de régulation interagissant respectivement avec lessystèmes sérotoninergique (voie sst2) et noradrénergique (voie sst4), l’une régulantprincipalement l’état anxieux, l’autre les désordres dépressifs et cognitifs. Ainsi, cette thèseétaye l’importance de la pathogénicité du stress chronique chez l’adulte et l’importance desrégulations neuroendocriniennes et cognitivo-émotionnelles par les récepteurs sst2 et sst4, unespécificité qui doit être prise en considération dans l’utilisation et le développement destraitements somatostatinergiques ciblant / Stress has an adaptive function but it can have also deleterious effects on physical,cognitive and mental health when its intensity and/or chronicity increase. A large body ofevidence supports the idea that young children, adolescents and aged people are highlysensitive to stress. The aim of this study was to determinate if a critical period of sensitivity tostress may be evidenced during adulthood. The Unpredictable Chronic Mild Stress protocoldeveloped in the mouse was used. Short and long-term impacts of stress were quantified byassessing somatic, hedonic, anxious, depressive and cognitive troubles which arecharacteristic of a stress syndrome. Unlike the view that adults are resistant and resilient tostress, the results presented in this thesis show that a stress period during adulthood inducesimmediate and long-lasting deleterious effects. However, middle-aged adults were moreresistant and more resilient than younger or older subjects which both displayed a more severesymptomatology. The anxiety level initially induced by chronic stress is correlated with thepersistence of troubles and with modifications of gene repression marks in the hippocampus,indicating the presence of an epigenetic signature of the chronic stress episode in the longterm.Recent studies have suggested that central somatostatin is involved in emotionalregulations, linking the vulnerability of somatostatinergic neurons to chronic stress with theinstatement of anxio-depressive disorders. We showed herein that hippocampal sst2 and sst4receptor subtypes mediate the inhibition of HPA axis and improve anxio-depressivebehaviors. Behavioral patterns induced by either selective agonists or deletions of thesereceptors suggest that two regulatory pathways respectively interact with the serotoninergicsystem (sst2) and the noradrenergic system (sst4). In addition, sst2 receptors mainly regulateanxiety whereas sst4 is mainly involved in the regulation of cognitive and depressivedisorders. As a whole, this thesis corroborates the idea that chronic stress has pathogeniceffects even in adulthood and highlights the importance of neuroendocrine and cognitivoemotionalregulations by sst2 and sst4 receptor subtypes, a specificity that has to beconsidered in the use and the development of somatostatin treatments targeting HPAderegulations and stress-related disorders.

Dans ce travail, nous démontrons que STIM1, un senseur calcique activé par la déplétion du Ca2+ intracellulaire du réticulum endoplasmique, est indispensable pour la signalisation calcique et la préférence oro-sensorielle du gras. Nous observons que l'acide linoléique (LA), en activant les phospholipases A2 via CD36, produit de l’acide arachidonique (AA) et de la lyso-phosphatidylcholine (lyso-PC). Cette activation déclenche un influx calcique dans les cellules CD36-positives, et induit la production du facteur CIF (Ca2+ Influx Factor). CIF, AA et lyso-PC exercent différentes actions sur l'ouverture des canaux SOC (Stored Operated Calcium Channel) constitués de protéines Orai et contrôlés par STIM1. Par ailleurs, les souris au phénotype Stim1-/- perdent la préférence spontanée pour les lipides et la libération de la sérotonine à partir des cellules gustatives dans le milieu extracellulaire chez les animaux sauvages. Nous demontrons aussi que la signalisation calcique médiée via CD36 est doublement modulée lors de l’obésité. L’augmentation de la [Ca2+]i dans les cellules gustatives observée chez le Psammomys obesus, un modèle d’obésité nutritionelle, est fortement diminuée chez les souris rendues obèses par un regime hyperlipidique. Nous avons constaté également que l’interaction de LA avec le CD36 induit l’activation des MAP Kinases de la voie MEK1/2/ERK1/2/Elk-1 qui est non seulement à l’origine de l’activation des aires cérébrales telles que le NTS, le noyau arqué, l’hippocampe mais aussi indispensable pour la préférence spontanée pour les lipides alimentaires. Nos résultats suggèrent pour la prémière fois, que la voie ERK1/2 des MAPK et la signalisation calcique lipidique controlée par STIM1 sont impliquées dans la perception oro-gustative des lipides / In this work, we demonstrate that stromal interaction molecule 1 (STIM1), a sensor of Ca2+ depletion in the endoplasmic reticulum, mediates fatty acid–induced Ca2+ signaling in the mouse tongue and fat preference. We showed that linoleic acid (LA) induced the production of arachidonic acid (AA) and lysophosphatidylcholine (Lyso-PC) by activating multiple phospholipase A2 isoforms via CD36. This activation triggered Ca2+ influx in lingual CD36-positive taste bud cells (TBCs) purified from mouse CVP. LA also induced the production of Ca2+ influx factor (CIF). STIM1 was found to regulate LA-induced CIF production and the opening of store-operated Ca2+ (SOC) channels. Furthermore, CD36-positive TBCs from Stim1–/– mice failed to release serotonin, and Stim1–/– mice lost the spontaneous preference for fat that was observed in wild-type animals. We also demonstrate that the calcium-mediated signaling via CD36 is doubly modulated in obesity. The increase in [Ca2+]i in taste bud cells observed in Psammomys obesus, a model of nutritional obesity is strongly reduced in diet-induced obese (DIO) mice. We also found that the interaction of LA with CD36 induces activation of MAP Kinases MEK1/2/ERK1/2/Elk-1 pathway that is not only responsible for the activation of NTS, arcuate nucleus, and the hippocampus in the brain but also essential for the spontaneous preference for fat food. Our results suggest for the first time, that ERK1/2 MAPK pathway and lipid-induced calcium signaling controlled by STIM1 are involved in oro-gustatory perception of dietary lipids

Les récepteurs de type Toll (TLR) sont des récepteurs cellulaires jouant un rôle pivot dans le déclenchement de la réponse immunitaire après une infection ou une blessure, c'est-à-dire une inflammation. L'activation de la signalisation TLR a été associée à l’épilepsie. Dans ce projet, j'utilisai trois modèles distincts pour étudier comment le déclenchement des TLR contribue à l'épileptogenèse. Il existe une corrélation entre les malformations corticales développementales telle la dysplasie corticale focale (FCD) et convulsions fébriles dans les enfants de bas âge. Récemment, une réponse neuro-inflammatoire fut identifiée dans les lésions FCD. Nous postulâmes que l'inflammation induite par le FCD peut augmenter la sensibilité aux crises (chapitre 2). Nous modélisâmes FCD en induisant une congélation-lésion corticale chez le rat néonatal. La lésion corticale déclencha des effecteurs en aval de TLR4, spécifiquement le précurseur de la cytokine Caspase-1, dans l'hippocampe ipsilatéral à la lésion. Les rats lésés développèrent des crises fébriles expérimentales nettement plus rapidement que les rats témoins. Le blocage de l'activité de la Caspase-1 prolongea significativement la latence des crises chez les rats lésés. Nos résultats impliquent l'inflammation médiée par la Caspase-1 en tant que déclencheur des crises fébriles chez les enfants avec FCD préexistante. Des études antérieures déterminèrent que l'activation systémique de la cascade TLR4 abaisse le seuil de crise. Nous étudiâmes si la pénétration des cellules immunitaires périphériques dans le cerveau pendant la stimulation TLR4 favorise l'activité ictal en stimulant la voie TLR4 dans les leucocytes prélevés sur la rate de rat (splénocytes). Ensuite, nous co-cultivâmes des splénocytes avec des coupes organotypiques dérivées du cerveau in vitro (chapitre 3). L'ajout de splénocytes stimulés par TLR4 donna lieu à une neuro-inflammation et à une excitation neuronale accrue. L’ajout de splénocytes non-stimulés n’eut aucun effet pro-inflammatoire ou pro-excitateur dans les coupes organotypiques. De plus, l'inhibition de la Caspase-1 dans des coupes organotypiques co-cultivées avec des splénocytes stimulés diminua la neuro-inflammation et l'hyperexcitabilité neuronale. Nos résultats suggèrent que l'infiltration de leucocytes activés par TLR4 dans le cerveau augmente la prédisposition aux crises via les mécanismes médiés par la Caspase-1. Précédemment, des rapports montrèrent que l'activation de la signalisation TLR3 facilite l'évolution des crises. L'introduction d'un agoniste synthétique TLR3 chez la souris in vivo et des coupes organotypiques hippocampiques in vitro produisirent des mécanismes anti-inflammatoires dépendants de la dose et du temps (chapitre 4). La stimulation TLR3 supprimait les crises d'hippocampe in vivo et réduisait l'excitabilité synaptique dans le réseau hippocampique à la fois in vivo et in vitro. Nous avons déterminé que les effets anticonvulsivants médiés par TLR3 étaient principalement provoqués par les cascades en aval IRF3 / IFN-β. Ainsi, nos données suggèrent que l'activation de TLR3 peut protéger le cerveau contre les crises par la production d'IFN-β. Nos résultats donnent un aperçu des nouveaux mécanismes cellulaires sous-jacents à la modulation inflammatoire de l'excitabilité neurale. Notre découverte des rôles de la Caspase-1 et de l'IFN-β dans l'influence du seuil de crise améliorera notre compréhension des fondements moléculaires de la génération de crises ce qui pourraient améliorer le traitement de l'épilepsie. / Toll-like receptors (TLRs) are cellular receptors that play a pivotal role in initiating immune response following infection or injury, i.e. inflammation. Nevertheless, activation of TLR signaling has been associated with seizure manifestation. In this research, I employed three distinct models to study how triggering TLRs contributes to ictogenesis. There is a correlation between developmental cortical malformations, e.g. focal cortical dysplasia (FCD), and fever-provoked, i.e. febrile, seizures in young children. Recently, neuroinflammation was reported in FCD lesions. Therefore, we posited that FCD-induced inflammation may increase seizure susceptibility (Chapter 2). To recapitulate FCD pathology, we induced a cortical freeze-lesion in neonatal rats. Lesioning the cortex triggered TLR4 downstream effectors, specifically the cytokine precursor Caspase-1, in the hippocampus ipsilateral to the lesion. Further, lesioned rats developed experimental febrile seizures markedly faster than sham control rats. Strikingly, blocking Caspase-1 activity prior to seizure induction significantly prolonged seizure latency in lesioned rats. Our results implicate Caspase-1-mediated inflammation as a main driver of febrile seizures in children with pre-existing brain malformations. In addition, previous reports determined that systemic activation of TLR4 cascade lowers seizure threshold. Hence, we developed an in vitro model to investigate whether penetration of peripheral immune cells into the brain during TLR4 stimulation promotes ictogenic activity (Chapter 3). First, we stimulated TLR4 pathway in leukocytes harvested from rat spleen, i.e. splenocytes. Thereafter, we co-cultured splenocytes with brain-derived organotypic slices in vitro. Adding TLR4-stimulated splenocytes gave rise to neuroinflammation and enhanced neuronal excitation, whereas adding unstimulated splenocytes failed to evoke pro-inflammatory or proexcitatory effects in organotypic slices. Moreover, Caspase-1 inhibition in organotypic slices cocultured with stimulated splenocytes diminished neuroinflammation and neuronal hyperexcitability. Our findings suggest that infiltration of TLR4-activated leukocytes into the brain elevate seizure predisposition via Caspase-1-mediated mechanisms. Beside TLR4 pathway, it was previously shown that activation of TLR3 signaling facilitates seizure evolution. In chapter 4, introducing a synthetic TLR3 agonist to mice in vivo and to hippocampal organotypic slices in vitro yielded anti-inflammatory mechanisms in a dose- and time-dependent manner. Also, we found that TLR3 stimulation suppressed hippocampal seizures in vivo and reduced synaptic excitability in the hippocampal network both in vivo and in vitro. Finally, we determined that TLR3-mediated anticonvulsive effects were chiefly driven by IRF3/IFN-β downstream cascades. Thus, our data suggests that TLR3 activation may protect the brain from seizures through production of IFN-β. Altogether, our findings provide insight into novel cellular mechanisms underlying inflammatory modulation of neural excitability. Furthermore, our discovery of the roles of Caspase-1 and IFN-β in influencing seizure threshold will improve our understanding of the molecular underpinnings of seizure generation, which may ultimately have therapeutic benefits for epilepsy treatment.