La neurogenèse adulte est cruciale pour certaines fonctions mnésiques dépendantes de l'hippocampe. La mise en évidence d'une altération de la neurogenèse dans le cerveau de souris transgéniques modèles de la maladie d'Alzheimer (MA), en parallèle d'une réduction du contenu mitochondrial de leurs nouveaux neurones ouvre une nouvelle piste de recherche ciblant les mitochondries. Aujourd'hui, l'hypothèse d'un rôle causal des dysfonctionnements mitochondriaux dans l'étiologie des pathologies neurodégénératives est particulièrement pertinente dans la MA. Les mitochondries, " centrales électriques " et régulateurs du métabolisme oxydatif, forment un réseau dynamique qui s'adapte aux différents types et contextes cellulaires, via des événements antagonistes de fusion et de fission de leurs membranes. Les protéines clés ont été identifiées, dont OPA1 qui permet la fusion. Les dysfonctionnements de cette dynamique influent non seulement sur la forme et la distribution des mitochondries dans les neurones, mais affectent aussi leurs principales activités que sont respiration, régulation calcique, production de ROS et apoptose. Dans les neurones, cellules excitables à l'architecture complexe, les dysfonctionnements mitochondriaux ont des conséquences particulièrement cruciales pour la transmission synaptique. Au cours de cette thèse, nous avons étudié parallèlement des souris modèles de la MA, les souris Tg2576 (mutation d'APP) et des souris OPA1+/-, porteuses d'une mutation d'OPA1, modèles de l'Atrophie Optique Dominante. Nous avons observé chez ces deux lignées de souris une altération précoce des performances dans des tests comportementaux mettant en jeu le gyrus denté et les nouveaux neurones (tests de localisation d'objet et de séparation de patron). Nous avons démontré chez les souris Tg2576 et OPA1+/- que ces déficits cognitifs sont associés à des perturbations de la neurogenèse hippocampique adulte.[...] / Adult neurogenesis is crucial for some hippocampus-dependent memory functions. Both the demonstration of an alteration of neurogenesis in the brain of transgenic mouse models of Alzheimer's disease (AD), in parallel with a reduction in the mitochondrial content of their new neurons, open a new research avenue targeting the mitochondria. Today, the hypothesis of a causal role of mitochondrial dysfunctions in the etiology of neurodegenerative pathologies is particularly relevant in AD. Mitochondria, "power plants" and regulators of oxidative metabolism, form a dynamic network that adapts to different cell types and contexts, via antagonistic events of fusion and fission of their membranes. Key proteins have been identified, including OPA1 that allows fusion. Dysfunctions of this dynamics affect not only the shape and distribution of mitochondria in neurons, but also alter their main activities: respiration, calcium regulation, ROS production and apoptosis. In neurons, excitable cells with complex architecture, mitochondrial dysfunctions have particularly crucial consequences for synaptic transmission. In this thesis, we studied in parallel an AD mouse model, the Tg2576 mice (APP mutation) and the OPA1 +/- mice, carrying a mutation of OPA1, a Dominant Optic Atrophy model. In both mouse lines, we observed precocious performance alterations in behavioral tests involving the dentate gyrus and new neurons (object location, pattern separation tests). We demonstrated in Tg2576 and OPA1 +/- mice that these cognitive deficits are associated with disturbances of adult hippocampal neurogenesis. [...]

Il a été préalablement montré dans les neurones pyramidaux de CA1 qu'en plus d'une plasticité synaptique à long terme, les protocoles de tétanisation des afférences (HFS/LFS) induisent une plasticité synergique de l'intégration des messages synaptiques. Dans ce contexte, nous avons abordé les questions suivantes: 1) des changements d'intégration dendritiques sont-ils associés à la STDP ? 2) quels sont les mécanismes d'expression de la facilitation de l'intégration observée après la LTP ? et 3) dans quelle mesure l'activité synaptique induit des changements persistants de l'excitabilité des interneurones GABAergiques ?<br />Nos résultats montrent que la règle préétablie de STDP pour la plasticité synaptique est aussi valide pour la plasticité de l'intégration et décrit aussi parfaitement les changements de la relation amplitude/pente des PPSE observés en parallèle. Ces changements sont spécifiques de la voie synaptique activée et nécessitent l'activation des récepteurs NMDA. <br />La plasticité de l'intégration met en jeu une régulation des conductances voltage-dépendantes présentes à la surface neuronale. Une réduction locale dendritique, NMDAR-dépendante du courant Ih est observée lors de l'augmentation d'intégration associée à la LTP. En présence de bloqueurs pharmacologiques du courant Ih, la LTP est toujours présente mais la facilitation de l'intégration n'est plus observée. Finalement, une facilitation de l'intégration similaire à celle observée après induction de la LTP est induite quand la conductance h est réduite dans la dendrite par la technique de courant imposé dynamique en temps réel.<br />Des changements de l'excitabilité neuronale ne sont pas restreints aux neurones pyramidaux et nous montrons qu'une augmentation de l'excitabilité intrinsèque, dépendante des récepteurs mGluR de type I est également observée dans certains interneurones GABAergiques de CA1 après une HFS. Cette augmentation d'excitabilité pourrait permettre de maintenir l‘équilibre entre excitation et inhibition au sein du réseau hippocampique en facilitant le recrutement des interneurones à la suite d'épisodes d'hyperactivité.<br />Nos résultats montrent donc qu'en parallèle des modifications de l'efficacité synaptique, des modifications de l'excitabilité intrinsèque des neurones peuvent participer au processus de stockage de l'information et permettent également de maintenir l'activité neuronale à un niveau physiologique.

Les progrès récents des techniques d'imagerie cérébrale ont permis d'identifier les défauts de migration neuronale comme cause majeure de retards mentaux, d'épilepsies et de nombreux syndromes neurologiques. La connaissance des mécanismes intervenant dans la modulation de la migration neuronale est donc capitale afin de prévenir de telles anomalies du développement cérébral foetal, dont le coût socioéconomique est élevé. Le travail réalisé au cours de cette thèse s'inscrit dans le cadre de cette thématique.<br />De nombreuses études ont identifié les neurotransmetteurs comme des molécules porteuses d'informations à un niveau plus large que celui de la seule transmission synaptique. En effet, avant même la formation de synapses, les neurotransmetteurs sont présents au sein du tissu cérébral embryonnaire et exercent des actions variées, influençant les étapes de genèse, migration, différentiation et de mort neuronale. Nous avons évalué les rôles joués par les neurotransmetteurs GABA et glutamate au cours de la migration neuronale, ainsi que les conséquences de la perturbation de leurs actions durant la construction du cerveau foetal.<br />Afin d'étudier la migration neuronale, nous avons mis au point des préparations originales permettant la visualisation directe de neurones fluorescents en migration. Grâce à elles, nous avons démontré l'existence d'une modulation de la migration neuronale par le GABA et glutamate, libérés selon un mode de sécrétion « non vésiculaire » et agissant par l'intermédiaire de récepteurs spécifiques. Nous avons montré que les mécanismes modulant la migration sont caractéristiques du type neuronal et du mode migratoire considéré. Ainsi, la migration radiale des futurs neurones glutamatergiques est modulée majoritairement par l'activation de récepteurs GABAA, alors que la migration tangentielle des futurs interneurones GABAergiques est modulée par l'activation de récepteurs glutamatergiques de type AMPA. Ces résultats suggèrent également l'existence d'une communication précoce entre neurones glutamatergiques et interneurones, pouvant contribuer à la construction cérébrale. Par la suite, nous avons évalué le risque de survenue de malformations cérébrales foetales, suite à l'administration de médicaments anti-épileptiques, qui potentialisent l'action du GABA, limitent l'action du glutamate et modulent l'activité des canaux ioniques. Nous avons observé une incidence accrue de micro-dysplasies cortico-hippocampiques, à rapprocher de défauts de migration, suite à l'administration chez la rate gestante de valproate et de vigabatrin à des doses compatibles avec celles employées pour le traitement de la femme enceinte épileptique.<br />Ces résultats soulignent le rôle central joué par les neurotransmetteurs GABA et glutamate, en tant que signaux informatifs majeurs du cerveau en développement. De plus, ils suggèrent le besoin d'évaluer l'impact de l'exposition à des composés pharmacologiques interférant avec les actions de ces neurotransmetteurs lors de la maturation cérébrale.

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