Des mutations dans le gène doublecortine (DCX) sont responsables de lissencéphalie de type 1 ou d'hétérotopie laminaire sous-corticale. Les souris invalidées pour le gène Dcx sont épileptiques et présentent des anomalies hippocampiques, avec notamment la présence de deux couches de cellules pyramidales spécifiquement dans l'aire CA3 de cette structure. Cette hétérotopie hippocampique est associée à une hyperexcitabilité. Notre but est d'identifier les mécanismes moléculaires et cellulaires responsables de cette hyperexcitabilité chez les souris Dcx. Pendant ma thèse, j'ai pu isoler les neurones mal-positionnés de la région CA3 de l'hippocampe, afin de comparer leurs profils d'expression génique à ceux des neurones de la région CA3 des souris contrôles. Les résultats au stade P0 (jour de la naissance des souris), montrent que les profils d'expression génique de chacune des deux couches hétérotopiques présentes chez les souris Dcx, diffèrent entre eux ainsi qu'en comparaison avec les profils de la couche pyramidale des contrôles. Sur le plan fonctionnel, cette étude indique des perturbations au niveau des organelles intracellulaires, tels que les mitochondries et l'appareil de Golgi. En étudiant séparément les profils associés à chacune des deux couches des souris Dcx, nous avons mis en évidence des différences de degrés de maturité neuronale entre chacune des couches. L'utilisation de marqueurs moléculaires spécifiques aux couches en combinaison avec des expériences d'injections de bromo-désoxy-uridine (BrdU) une inversion des couches neuronales présentes chez les mutants. En complément des données d'expression génique, des analyses morphologiques et ultrastructurales indiquent que les cellules hétérotopiques, présentent des anomalies d'organelles intracellulaires, avec notamment des défauts de mitochondries et des modifications de l'appareil de Golgi. Qui plus est, nos données montrent une augmentation significative de la mort cellulaire dans les régions CA1 et CA3 de l'hippocampe. Aussi, nous avons également montré que les couches hétérotopiques étaient hétérogènes, présentant notamment des distributions anormales des précurseurs d'oligodendrocytes et des interneurones exprimant la somatostatine. Ces résultats ouvrent donc de nouvelles perspectives pour mieux comprendre la physiopathologie de ces maladies graves associées à des hétérotopies neuronales dans le cerveau, de l'épilepsie et des déficits cognitifs

Dans le hilus du gyrus denté de l'hippocampe, les cellules moussues excitatrices et les interneurones GABAergiques constituent des acteurs clés du réseau. Cependant, en raison en partie de leur grande diversité, la fonction des interneurones GABAergiques du hilus dans la physiologie du gyrus denté reste peu détaillée. Nous avons utilisé des souris transgéniques GAD67-GFP, exprimant la GFP sous le contrôle du promoteur de la GAD67, et évalué les densités de neurones GABAergiques marqués pour la Calretinine (CR), Parvalbumine (PV), Somatostatine (SOM), Neuropeptide Y (NPY) et l'oxyde nitrique synthase (NOS-1) dans le hilus et la couche granulaire. Pour mieux caractériser les différentes populations d'interneurones, nous avons caractérisé les propriétés de 123 neurones en utilisant la technique de RT-PCR sur cellule unique sur des tranches de cerveaux de souris C57Bl6 âgées de 2 à 3 mois. Une analyse non supervisée en clusters basée sur 18 paramètres électrophysiologiques et 7 paramètres moléculaires a clairement mis en évidence un cluster de cellules moussues excitatrices (n=67) et 3 clusters de cellules GABAergiques (n=56). Les deux premiers clusters d'interneurones GABAergiques comprennent des neurones (n=18 et n=16) qui co-expriment le NPY et la SOM mais se différencient clairement par leurs propriétés élcetrophysiologiques. Le troisième cluster d'interneurones comprend des neurones à décharge rapide exprimant soit la PV (n=9) soit la NOS-1 (n=13). Cette caractérisation multiparamétrique supporte l'existence de classes fonctionnelles distinctes parmi les interneurones GABAergiques du gyrus denté

Notre travail de thèse est le premier à mettre en évidence chez le rat ayant subit un état de mal cérébral (EMC), que la production locale et réactionnelle d'érythropoïétine (Epo) par les astrocytes, quand elle est accompagnée de l'administration exogène d'Epo, représente une condition optimale pour le maintien des populations neuronales les plus fragiles. La neuroprotection induite par l'Epo implique un récepteur spécifique qui serait composé par l'association entre le récepteur à l'Epo (Epo-R) et la chaîne bêta commune (βc). L'absence de régulation coordonnée entre l'Epo-R et la βc que nous dénonçons, aussi bien dans des conditions physiologiques (développement et vieillissement du SNC) que physiopathologiques (EMC), est un argument fort permettant de réfuter l'hypothèse selon laquelle la βc constituerait une des sous-unités du récepteur de l'Epo impliqué dans la neuroprotection.

La physiopathologie de la schizophrénie reste encore aujourd'hui incomprise même si l'existence de facteurs génétiques, environnementaux et neurodéveloppementaux est connue. Les anomalies neurodéveloppementales hippocampiques ont des répercussions fonctionnelles sur les mémoires spatiale et contextuelle. Le but premier de ce travail de thèse était d'évaluer, chez les patients schizophrènes, par utilisation d'une tâche visuo-spatiale (navigation en condition écologique), un possible déficit du « binding » contextuel. Le second but était de tester la construction de cartes cognitives de l'environnement par les patients. Une tâche de navigation en condition écologique a été effectuée par 20 patients schizophrènes et 28 sujets contrôles sains. L'exploration des mémoires spatiale et contextuelle consistait en un rappel libre (description verbale et plan libre de l'itinéraire), rappel indicé (retracer le trajet sur un plan donné), reconnaissances de vues sans effet d'ordre et reconnaissance de vues avec effet d'ordre. Les patients schizophrènes étaient moins performants. Ils prescrivaient moins d'actions, incluaient moins de repères et faisaient plus d'erreurs de changements d'orientation et dans la reconnaissance avec effet d'ordre. En revanche, il n'y avait pas de différence significative pour la tâche de reconnaissance sans effet d'ordre entre les deux populations. Ainsi, les patients schizophrènes étaient déficitaires dans la construction de cartes cognitives de l'environnement ainsi que dans reconnaissance de l'ordre chronologique des repères. Ces résultats sont compatibles avec l'hypothèse d'anomalies hippocampiques et du cortex préfrontal dans la schizophrénie.

Thèse doctorat : Neurosciences : Strasbourg 1 : 2007. Thèse doctorat : Neurosciences : Freiburg - Allemagne : 2007. / Thèse soutenue en co-tutelle. Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. p. 204-228.

Reproduction de : Thèse d'exercice : Médecine vétérinaire : Toulouse 3 : 2007. / Titre provenant de l'écran titre. Bibliogr. f. 40-43.

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Thèse (Ph. D.)--Université Laval, 2009. / Bibliogr.: f. 191-236. Publié aussi en version électronique dans la Collection Mémoires et thèses électroniques.

Comment les circuits cérébraux sont-ils réorganisés au cours de l'apprentissage et du changement de stratégie ? Un réseau clé impliqué dans ce processus est le système cortico-striatal, qui relie le cortex préfrontal (PFC) et le striatum (STR). Le PFC est impliqué dans la flexibilité cognitive requise pour s'adapter lors de changement de stratégies. Le STR est classiquement associé à la sélection d'action, cependant, des études récentes impliquent également le STR, en particulier ses parties ventrales (vSTR) et dorsomédiales (dmSTR), dans les processus de flexibilité cognitive, telles que le changement de strategie extra-dimensionnel (EDS). PFC et STR sont reliés topographiquement par une série de "boucles" anatomiques parallèles. Alors que la boucle 'associative', incluant dmSTR, serait impliquée dans certaines fonctions exécutives, la boucle 'limbic', comprenant le vSTR, serait recrutée pour les processus motivationnels et mnésiques, entre autres via ses connections avec l'hippocampe (HPC) : structure clé pour la mémoire épisodique et spatiale.Nous avons étudié la dynamique de ces processus chez les rats grâce à l'enregistrement simultané in vivo de l'activité neuronale unitaire et les potentiels de champ local (LFP) de l'HPC et différentes sous-régions fonctionnelles du système cortico-striatal. Les animaux ont été formés successivement pour apprendre deux tâches différentes dans un labyrinthe en T automatisé pour les récompenses liquides. Dans la première tâche, les indices visuels sur le bras gauche ou droit prédisaient le bras récompensé (tâche de repères visuels, VC), tandis que dans la seconde tâche, le bras gauche ou droit était toujours récompensé, quelle que soit la position des repères visuels (T). Les rats ont ensuite été formés pour passer de manière flexible entre les deux tâches. Tout d'abord, pour déterminer les sites appropriés pour les enregistrements électrophysiologiques, nous avons identifié les régions cérébrales spécifiques activées par notre tâche de changement de strategie, en utilisant le marquage immunohistochimique du gène précoce immédiat c-fos. Nous avons observé une activation significative du PFC (cingulate, prélimique et infralimbique cortex), vSTR et dmSTR. Nous avons ensuite examiné les corrélats neuronaux sur les sessions de changement de strategies. Nous avons concentré nos premières analyses sur des sessions où les rats ont successivement atteint le critère de performance dans la tâche VC (appelée 'VC1'), puis dans la tâche T, et enfin dans une deuxième itération de la tâche VC (appelée 'VC2'). En utilisant une méthode non paramétrique «le Monte Carlo bootstrap», nous avons déterminé les changements de taux de décharge spécifiques entre les différente taches. De façon surprenante, dans le STR, la plus forte incidence des changements d'activité était entre VC1 et VC2. Cette différence dominante a également été observée au niveau de la population et l'activité unitaire peut prédire quel type de tâche le rat effectuait... / How functional brain circuits are reorganized during learning and set-shifting ? A key network involved in this process is the corticostriatal system, which links the prefrontal cortex (PFC) and striatum (STR). The PFC is involved in cognitive flexibility required to adapt to changing rules, and the STR is classically associated with action selection. However recent studies also implicate the STR and, in particular, its ventral (vSTR) and dorsomedial (dmSTR) parts in cognitive flexibility such as exradimensional set-shifting (EDS). PFC and STR are topographically connected by a series of parallel anatomical “loops”. While the 'associative' loop (including dmSTR) would be involved in certain executive functions, the 'limbic' loop (including vSTR) would be recruited for motivational and mnesic processes, among other, by integrating input from hippocampus (Hpc) a key structure for episodic and spatial memory.We investigated the dynamics of these processes in rats with in vivo simultaneous recording of multiple single neuronal activity and local field potentials (LFP) from HPC and different functional subregions of STR and PFC. The animals were successively trained to learn two different tasks in an automated T-maze for liquid rewards. In the first task, visual cues on the left or right arm predicted the rewarded arm (visual cue task, VC), while in the second task, the left or right arm was always rewarded, regardless of the position of the visual cues (turn task, T). The rats were then trained to flexibly switch between the two tasks...

L’hippocampe est un composant majeur du cerveau des mammifères et joue d'importants rôles dans la mémoire, l’apprentissage et la navigation spatiale. Il comprend deux régions distinctes: les champs ammoniens et le gyrus denté (DG). Pendant ma thèse, je me suis intéressée au facteur de transcription COUP- TFI, jouant des rôles clefs dans la spécification et migration neocorticale. Peu de choses sont connues sur son rôle dans l’hippocampe. COUP-TFI y est exprimé en gradient dans les progéniteurs et dans les neurones différentiés, et est fortement localisé dans le neuroépithelium du DG. Le but de ma thèse était de déchiffrer le rôle de COUP-TFI dans le développement de l’hippocampe, au cours de la différentiation et migration des granules, population principale du DG. À l’aide de lignées de souris dans lesquelles COUP-TFI est soit inactivé dans les progéniteurs soit seulement dans les cellules différentiées, j’ai montré que l’absence de COUP-TFI induit différents degrés d’altérations. En l’absence de COUPTFI dans les progéniteurs, les précurseurs du DG se différentient précocement, ont une prolifération réduite et leur migration est altérée. De plus, les afférences du cortex n’innervent pas le DG septal et l’apoptose y est accrue. Le DG en résulte fortement réduit chez adulte, particulièrement dans la région septal. La perte de COUP-TFI dans les cellules différentiées n’entraine que des anomalies mineures et transitoires. Ainsi, mes résultats indiquent que COUP-TFI régule la différentiation et migration des granules, particulièrement au niveau des progéniteurs, et propose COUP-TFI comme un nouveau facteur requis dans le développement et le fonctionnement de l’hippocampe. / The hippocampus is a major component of the mammalian brain and plays important roles in memory, learning, and spatial navigation. It comprises two distinct regions: the hippocampus proper and the dentate gyrus (DG). During my thesis, I have challenged the role of the strong transcriptional regulator COUP-TFI, playing key roles during neocortical specification and migration. Yet, little is known about its involvement in the hippocampus. COUP-TFI is expressed in a gradient fashion in both proliferating progenitors and differentiated neurons in the hippocampus, and is highly localized in the DG neuroepithelium. The aim of my thesis was thus to decipher the role of COUP-TFI in the developing hippocampus, and specifically in cell differentiation and migration of granule cells, the major DG cell population. Using two mutant mouse lines, in which COUP-TFI is either ablated in progenitors, or solely in post-mitotic cells, I have shown that absence of COUP-TFI induces different degrees of growth impairments. In the absence of COUP-TFI in progenitors, DG precursors tend to differentiate precociously, exhibit reduced proliferation and granule cells migration is impaired. Postnatally, inputs from the cortex fail to innervate the septal DG and apoptosis is abnormally increased. The DG results strongly reduced in adult, particularly in the septal region. Loss of COUP-TFI in differentiated cells leads only to minor and transient defects. Together, my results indicate that COUP-TFI is involved in regulating granule cell differentiation and migration predominantly in progenitors, and propose COUPTFI as a novel transcriptional regulator required in hippocampal development and functions.