Thèse (M.Sc.)--Université Laval, 2004. / Bibliogr.: f. 75-88. Publié aussi en version électronique.

Chez les primates, les interneurones GABAergiques qui expriment la calrétinine (CR) sont les interneurones les plus abondants du striatum. Pourtant, à ce jour, leur rôle reste encore mal connu. L’utilisation de techniques d’immunohistochimie en association avec des modèles animaux de la maladie de Parkinson, nous a permis de mieux caractériser ces interneurones. Une première série de travaux décrit pour la toute première fois la distribution et la composition neurochimique des interneurones CR+ chez la souris en condition normale. Ces données ont été directement comparées aux caractéristiques des interneurones CR+ chez les primates humains et non humains. Chez la souris, deux types morphologiques d’interneurones CR+ sont présents : l’un petit et l’autre de taille intermédiaire ; ils se répartissent de manière hétérogène dans le striatum dorsal. Chez le singe et l’humain, trois types morphologiques d’interneurones CR+ existent. En effet, en plus d’interneurones CR+ de petite taille et de taille intermédiaire, il existe des interneurones CR+ de grande taille qui appartiennent en majorité à la catégorie des interneurones cholinergiques du striatum. L’utilisation d’un modèle de souris transgénique Drd1a-tdTomato/Drd2-EGFP (D1/D2) a permis de confirmer que les interneurones cholinergiques exprimaient le récepteur à la dopamine (DA) D2 et de démontrer que les interneurones CR+ chez la souris sont dépourvus des récepteurs D1 et D2. Dans une seconde série de travaux, nous avons cherché à savoir comment la distribution et la composition neurochimique des interneurones CR+ étaient affectées dans le modèle murin de la maladie de Parkinson. Du côté de la lésion 6- hydroxydopamine (6-OHDA), les souris présentent une forte dénervation DAergique du striatum, l’une des principales caractéristiques de la maladie de Parkinson. Dans ces circonstances, seule la densité des interneurones CR+ de taille intermédiaire, dont 13 % apparaissent immunoréactifs pour la tyrosine hydroxylase (TH), est significativement diminuée dans le striatum dorsal. Bien que le noyau accumbens (Acb) subisse également une forte baisse de son innervation DAergique induite par la lésion 6-OHDA, les interneurones CR+ présents dans l’Acb, dont certains sont aussi immunoréactifs pour la calbindine (CB), ne sont pas affectés en terme de nombre et de distribution. La troisième série de travaux nous a permis de reproduire ces analyses chez le primate grâce à l’utilisation du modèle animal de la maladie de Parkinson par intoxication au 1-méthyl-4-phényl-1,2,3,6-tétrahydropyridine (MPTP). Les résultats indiquent que la densité des interneurones CR+ de grande taille est fortement accrue dans le striatum des animaux intoxiqués par le MPTP. Cette forte augmentation de la densité des interneurones CR+ de grande taille est couplée à une augmentation significative de la proportion d’interneurones ChAT+/CR+. L’ensemble de ces données suggère fortement que les interneurones striataux CR+ soient sensibles à une diminution de la concentration en DA dans le striatum dorsal, qui caractérise la maladie de Parkinson. Finalement, une quatrième série de travaux nous a permis de découvrir un regroupement de cellules de petite taille et au phénotype D1 au sein même de l’Acb chez la souris D1/D2, suggérant l’existence d’un nouvel îlot de Calleja dans cette région du cerveau. / In the primate striatum, GABAergic neurons that express calretinin (CR) are the most abundant interneurons. Their role within this major basal ganglia component is still unknown. Immunohistochemical techniques used in animal models of Parkinson’s disease allowed us to better characterize these interneurons. A first series of studies enabled us to provide the very first description of the distribution and neurochemical phenotype of the CR+ interneurons in mice striatum, under normal condition. Data was compared to similar findings that were gathered in human and non-human primates. In mice, two morphological phenotypes of CR+ interneurons are present: (1) small and (2) medium-sized CR+ interneurons, both distributed in a heterogeneous way within the dorsal striatum. In primates (both human and non-human), three morphological phenotypes of CR+ interneurons are present within the striatum. In addition to small and medium-sized CR+ interneurons, primates display large-sized CR+ interneurons, which mostly belong to the cholinergic interneurons of the striatum. The use of a double transgenic mouse model Drd1a-tdTomato/Drd2-EGFP (D1/D2) confirmed that the cholinergic interneurons express the dopaminergic (DA) receptor D2, while CR+ interneurons are devoid of D1 and D2. In a second study, we investigated how the distribution and the neurochemical phenotype of the CR+ interneurons are affected in the 6-hydroxydopamine (6-OHDA) mouse model of Parkinson’s disease. In the lesioned striatum, these mice displayed a strong DAergic depletion, one of the main hallmarks of Parkinson’s disease. Under these circumstances, only the density of the medium-sized CR+ interneurons, 13 % of which are immunoreactive for the tyrosine hydroxylase (TH), was decreased within the dorsal striatum. In the accumbens nucleus (Acb), the number and distribution pattern of CR+ interneurons, which are also immunoreactive for calbindin (CB), were not affected, despite that the Acb was also significantly depleted in DA. In a third study, the state of the CR+ striatal interneurons was investigated in a simian model of Parkinson’s disease, involving 1-methyl-4-phenyl-1,2,3,6-tetrahydropyridine (MPTP) intoxication. Results indicate that the density of the large-sized CR+ interneurons is dramatically increased within the striatum of MPTP-intoxicated animals. This increase goes along with higher proportion of cholinergic interneurons expressing CR. Altogether, our data suggest that the CR+ interneurons are sensitive to a decrease of the DAergic level in the striatum that characterizes Parkinson’s disease. Finally, a detailed analysis of the Acb in the D1/D2 mice allowed us to detect the presence of a novel island of Calleja located within this brain region.

Le bulbe olfactif (BO) représente dans le cerveau le premier relai dans le traitement des informations olfactives. Au niveau de cette structure, plusieurs types de neurones sont impliqués dans la modulation de l’information odorante, avant même que celle-ci ne soit envoyée vers des structures corticales supérieures. Parmi eux se trouvent les cellules granulaires (CGs), une population d’interneurones régulant de manière importante l’activité des cellules principales du BO. De manière intéressante, le BO est capable à l’âge adulte de produire et régénérer une partie de sa population interneuronale via le processus de neurogénèse adulte. Il est ainsi possible de faire la distinction entre les CGs générées au cours de la période postnatale (CGs postnatales) des CGs générées à l’âge adulte (CGs nouvellement générées). Le rôle que jouent ces CGs dans le traitement olfactif mais aussi dans les différents comportements olfactifs a pendant très longtemps donné lieu à des interprétations contradictoires. Le manque de cohérence au niveau des données peut s’expliquer par le fait que pendant longtemps, les CGs ont été considérées comme étant une population homogène de cellules. Néanmoins, des études ont montré que les CGs peuvent exprimer différents marqueurs neurochimiques. Notamment, nous nous sommes intéressés dans le cadre de notre étude à deux de ces marqueurs : la protéine kinase calcium calmoduline dépendante IIα (CaMKIIα) et la Calrétinine (CR). Une telle hétérogénéité au sein des cellules interneuronales du BO pourrait également refléter une hétérogénéité fonctionnelle, chaque sous-population de CGs pouvant contribuer de façon propre et unique au traitement des informations olfactives et donc au comportement olfactif. Dans la première partie de ces travaux, nous avons étudié le rôle fonctionnel des cellules exprimant la CaMKIIα et l’avons comparé à la population générale de CGs. De manière intéressante, nous montrons que, bien que ces deux populations de cellules soient en tous points semblables au niveau morphologique, les cellules CaMKIIα reçoivent un niveau d’inhibition moindre par rapport à leurs homologies négatives, les rendant plus susceptibles d’être activées suite à des tâches comportementales spécifiques. De plus, l’inhibition spécifique des cellules CaMKIIα- positive entraine une perturbation des performances de discrimination fine. Dans la seconde partie de ces travaux, nous nous sommes intéressés cette foisci à la sous-population de CGs exprimant la CR, en tenant compte également de la période développementale de ces cellules (i.e CGs post-natales ou nouvellement générées). Nous montrons que les cellules nouvellement générées exprimant ou non la CR, ainsi que les cellules CR-positives postnatales diffèrent quant à leurs propriétés électrophysiologiques. De plus, tout comme les cellules exprimant la CaMKIIα, les cellules exprimant la CR présentent un niveau d’activation plus important à la suite de certaines tâches comportementales et sont également nécessaires à la bonne réalisation de tâches de discrimination olfactive. / The olfactory bulb (OB) is considered as the first relay in the brain during olfactory processing. Several types of neurons are involved at the level of this structure in the refinement of the olfactory information before it is sent to higher cortical structures. Among the cell types involved is the population of granule cells (GC), a population of interneurons largely regulating the activity of OB principal cells. Interestingly, the OB retain during adulthood the ability to produce and renew part of its interneuronal pool through a process called adult neurogenesis. Therefore, it is possible to distinguish in the adult OB between GCs born during the early postnatal period (early-born GCs) to the one that were generated during adulthood (adult-born GCs). Several studies aimed at determining the precise role played by GC in olfactory processing and olfactory behavior, giving rise quite often to conflicting results. This absence of coherence in the data could come from the fact that for long, the population of GCs was considered as a homogeneous cell population. However, GCs were shown to express diverse neurochemical markers. In this study we investigated more particularly into two of those markers, showed to be expressed by GCs: the Ca2+/calmodulin-dependent protein kinase IIα (CaMKIIα) and Calretinin (CR). Hence, such a heterogeneity in the phenotype of OB interneurons could also underlie a functional heterogeneity of the different GC subpopulation, each one contributing in a unique way to olfactory processing and thus olfactory behavior. In the first part of this work, we investigated the functional role of CaMKIIα- expressing cells and compared it to the general population of GCs. Interestingly we revealed that CaMKIIα-positive GCs are more prone to activation following specific behavioral tasks, likely due to a decreased level of inhibition as compared to their negative counterparts. Moreover, the specific inhibition of this GC subpopulation let to alteration of animals’ fine discrimination abilities. In the second part of our work, when focusing this time on the subpopulation of CR-expressing GCs, taking this time also into account the developmental period at which they were generated (i.e early- versus adult-born cells), we showed that adultborn CR-expressing and non-expressing GCs, but also early-born CR-expressing GCs display different electrophysiological characteristics. Moreover, as for CaMKIIα- positive GCs, CR-positive GCs present a higher level of activation following specific olfactory tasks and are also important for a proper ability to perform olfactory discrimination tasks.

De nouveaux neurones sont continuellement ajoutés au bulbe olfactif adulte par un processus connu sous le nom de neurogénèse adulte. Dans ce processus, les précurseurs d’interneurones qui sont produits dans la zone sous-ventriculaire près du ventricule latéral migrent suivant un trajet préétabli, le courant de migration rostral, avant d’atteindre le bulbe olfactif. Une fois arrivé dans le bulbe olfactif les précurseurs arrivent à maturation, s’intègrent au réseau neuronal existant et jouent un rôle essentiel dans le comportement olfactif. Tout au long des plusieurs étapes de ce processus, une variété de facteurs moléculaires travaillent en tandem pour orchestrer correctement la production, la maturation, la survie et le guidage de ces nouveaux interneurones, afin qu’ils s’intègrent avec succès au bulbe olfactif adulte. Mes travaux de recherches démontrent que les neurones générés à l’âge adulte détiennent un rôle capital pour le fonctionnement normal du réseau bulbaire et du comportement olfactif. En utilisant des souris transgéniques dont l’expression d’un facteur moléculaire spécifique a été réduite, j’ai premièrement démontré que la neurogénèse post-natale et la neurogénèse adulte dépendent chacune de facteurs moléculaires distincts. J’ai ensuite démontré que les neurones de projections du bulbe olfactif, chez les souris ayant un niveau de neurogénèse adulte réduit, reçoivent une plus faible inhibition qui affecte la synchronisation de leur activité neuronale. Par conséquent, les souris sont incapables d’établir une mémoire à court-terme des odeurs. Dans ma seconde étude, j’ai démenti la croyance stipulant que les cellules granulaires générées à l’âge adulte formaient une population homogène de cellules. J’ai pu décrire, aux niveaux moléculaire et électrophysiologique, différentes sous-populations d’interneurones générés à l’âge adulte dans la couche granulaire du bulbe olfactif, qui pourrait jouer des rôles distincts dans le décodage des odeurs. Finalement, dans ma dernière étude, j’ai démontré le rôle de l’activité sensorielle sur différentes sous-populations de neurones générés à l’âge adulte. Dans cette étude effectuée en équipe, nous avons prouvé que la dépravation sensorielle affecte la spécification et/ou le maintien de certaines sous-populations de neurones générés à l’âge adulte dans le bulbe olfactif. Les résultats de ces trois études nous permettent donc de mettre de l’avant la façon à laquelle la neurogénèse adulte est orchestrée, le rôle des différents sous-types de neurones générés à l’âge adulte dans le bulbe olfactif et la manière par laquelle l’activité sensorielle affecte la spécification neuronale de cellules nouvellement générées. / New neurons are continuously being added to the adult olfactory bulb in a process known as adult neurogenesis. Interneuron progenitors produced from stem cells in the subventricular zone of the lateral ventricle migrate along a well establishes route, the rostral migratory stream to reach the olfactory bulb. Upon reaching the olfactory bulb they mature, integrate into the existing network and play an important role in odor behavior. All throughout this multi-step process various molecular cues work in tandem with each other to properly orchestrate the production, maturation, survival and guidance of these newborn interneurons to successfully integrate into the adult olfactory bulb. My studies show that adult generated interneurons are crucial for proper functioning of the bulbar network and odor behavior. By using mice that lack a specific molecular cue, I first showed that early postnatal and adult neurogenesis rely, at least partly, on different molecular cues. I then demonstrated that mice with impaired adult neurogenesis have reduced inhibition on their principle output neurons that affects their synchronous activity. This in turn leads to inability of mice to establish short-term odor memories. In my next study I have shown that adult-born granule cells are not a homogeneous population of cells, as previously thought. I have described molecularly and electrophysiological different subpopulations of adult-born interneurons in the granule cell layer of the olfactory bulb that may play distinct roles in odor processing. Finally, in my last study, I explored the role of sensory activity on different sub-populations of adult-born neurons. In this collaborative study we showed that sensory deprivation affects fate determination and/or maintenance of particular sub-population of adult-born neurons. All these studies taken together allows us to further our understanding of how adult neurogenesis is orchestrated, the possible role of different sub-populations of adult-born neurons in the olfactory bulb and how sensory activity affects the fate of different sub-population of adult-born cells.

Thèse (M.Sc.)--Université Laval, 2007. / Bibliogr.: f. [68]-74. Publié aussi en version électronique dans la Collection Mémoires et thèses électroniques.

L'atrophie du striatum causée par la dégénérescence massive des neurones épineux de projection de cette composante des ganglions de la base est la caractéristique neuropathologique la plus frappante de la maladie d'Huntington (MH). Même si cette pathologie épargne la plupart des interneurones striataux, nous ne disposons que de très peu d'information concernant le sort des interneurones géants exprimant la calrétinine dans la MH. Notre objectif était donc de caractériser le phénotype chimique de ces neurones, de les dénombrer et de cartographier leur distribution dans le striatum de sujets normaux et de patients atteints de la MH. Les techniques de double immunofluorescence utilisant des anticorps dirigés contre la calrétinine (CR) et la choline acétyltransférase (ChAT), ont permis de visualiser les neurones à calrétinine géants et d'étudier leur niveau de colocalisation avec la ChAT. Trois types d'interneurones géants ont été visualisés dans le striatum d'individus sains : a) Les neurones exprimant uniquement la CR; b) les neurones exprimant la CR et la ChAT ; et c) les neurones exprimant uniquement la ChAT. Les neurones CR+/ChAT+ étaient plus nombreux que les neurones exprimant ChAT seulement, eux-mêmes plus nombreux que les neurones exprimant CR uniquement. La densité des neurones CR+/ChAT+ et CR-/ChAT- était diminuée de moitié dans le striatum des patients atteints de la MH comparés aux contrôles. Cette diminution suggère que ces neurones sont affectés par la MH. Cependant des études effectuées à l'aide d'un anticorps contre le récepteur à substance P, neurokinine-1 (NK-1R), comme marqueur des interneurones géants exprimant la CR et ChAT, indique que ces neurones sont sélectivement épargnés par le processus dégénératif de la MH. Ainsi, l'apparente diminution du nombre de neurones CR+/ChAT+ et CR-/ChAT+ ne semble pas être la conséquence d'une dégénérescence neuronale, mais plutôt d'une diminution de l'expression de ces deux protéines. Nos résultats indiquent que les processus dégénératifs impliqués dans la MH affectent l'expression des protéines CR et ChAT par les interneurones géants, sans causer la mort de ceux-ci. / The severe atrophy of the striatum that characterizes Huntington's disease (HD) is due to massive losses of striatal medium spiny projection neurons. In contrast, interneurons are relatively spared in HD, but little is known of the fate of the large interneurons that express calretinin (CR) in HD. We addressed this issue by applying a double immunofluorescent labeling technique to post-mortem material obtained from HD patients and age-matched controls. Antibodies against CR and choline acetyltransferase (ChAT) were used to compare the distribution, density and degree of ChAT co-localization of the CR+ striatal interneurons in normal and HD cases. The normal human striatum was found to contain 3 types of large interneurons: a) neurons expressing CR only; b) neurons displaying ChAT only; and c) neurons co-expressing CR and ChAT. The CR+/ChAT+ neurons outnumbered neurons expressing ChAT only, which were themselves more numerous than neurons displaying CR only. A two-fold decrease in the density of CR+/ChAT+, CR-/ChAT+ occurred in the striatum of HD patients compared to that of controls, suggesting that these neurons are affected in HD. However, studies undertaken with neurokinine-1 receptor NK1R as a marker of large CR+ and ChAT+ neurons revealed that these striatal neurons are selectively spared in HD patients. Hence, the apparent decrease in the number of CR+/ChAT+, CR-/ChAT+ neurons in HD does not appear to result from a degeneration of these cells, but rather from a marked diminution of the expression of CR and ChAT. Our data indicate that the neurodegenerative processes at play in HD affect the expression of CR and ChAT proteins without causing the death of these large striatal interneurons.

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.

Nous avons étudié les récepteurs GABAA dans un modèle de la maladie de Huntington. En combinant des approches biochimiques, moléculaires, électrophysiologiques et de l’imagerie haute résolution, nous avons montré une modification de la neurotransmission GABAergique chez des animaux à des stades pre- et post-symptomatiques. Nos études montrent une diminution de de la neurotransmission GABAergique dans le globus pallidus des souris Huntington qui pourrait conduire à une modification des noyaux de sortie des ganglions de la base et de l’activité motrice. L’ensemble de nos résultats permet de définir le rôle de différents types de récepteurs GABAA dans le cerveau dans des conditions physiologiques et pathologiques. / We explored GABAergic neurotransmission in a mouse model of Huntington's disease. Combining molecular, imaging and electrophysiologicaltechniques, we showed changes of GABAergic neurotransmission in presymptomatic and symptomatic R6/1 mice. Our data demonstrated a decreased GABAergic inhibition in the globus pallidus of R6/1 mice, which could result in an alteration of basal ganglia output nuclei and motor activity. Taken together, our results will help to define the contribution of receptor subtypes to inhibitory transmission throughout the brain in physiological and pathophysiological states.

Les douleurs chroniques, inflammatoire ou neuropathique, se traduisent par un état d'hypersensilité douloureuse. Cet état se manifeste par des douleurs spontanées et des douleurs provoquées, soit par une stimulation normalement non douloureuse (allodynie), soit par une stimulation douloureuse provoquant une sensation exagérée (hyperalgésie). Les traitements actuels ne sont souvent que partiellement efficaces et peuvent s'accompagner d'effets secondaires importants. Quel sont les mécanismes de ces symptômes douloureux et donc les cibles thérapeutiques potentielles pour de nouveaux médicaments ? Utilisant des approches comportementales, pharmacologiques, électrophysiologiques, anatomo-fonctionnelles, moléculaires et microscopiques, nous avons caractérisé les mécanismes segmentaires de la douleur spontanée et l'allodynie mécanique statique (douleur provoquée par une légère pression cutanée). En utilisant le modèle de douleur provoquée par l'injection sous-cutanée (s.c.) de capsaïcine dans la face chez le rat, nous avons évalué (1) le rôle de l'inhibition GABAAergique et des dérivés réactifs de l'oxygène (ROS) (2) l'implication d'interneurones spécifiques exprimant l'isoforme γ de la protéine kinase C (PKCγ) localisés dans les couche II interne (IIi) et III externe (IIIe), et (3) les propriétés de ces interneurones, dans le sous-noyau caudal du trijumeau. L'immunohistochimie anti-phospho-ERK1/2 révèle que deux circuits neuronaux différents sont mis en jeu lors de la douleur spontanée et de l'allodynie mécanique statique après injection s.c. de capsaïcine. Le premier implique des neurones uniquement dans les couches superficielles (I et II externe (IIe)) et le second, des neurones dans les couches I, IIe, IIi et IIIe, dont les interneurones PKCγ. Comme après injection s.c. de capsaïcine, l'injection intracisternale (i.c.) d'un donneur de ROS ou d'un inhibiteur des récepteurs GABAA induit une allodynie mécanique statique et l'activation neuronale associée impliquant les interneurones PKCγ. Ces deux phénomènes sont supprimés par l'inhibition pharmacologique de ROS ou de la PKCγ, avant injection s.c. de capsaïcine, alors que la douleur spontanée subsiste. Les microscopies optique et électronique montrent que ces interneurones PKCγ (1) expriment les récepteurs GABAA et glycine et (2) ne reçoivent de projections directes que de fibres afférentes de type A. La PKCγ est majoritairement localisée au niveau de la membrane cytoplasmique, où elle forme souvent des clusters perisynaptique. Nos résultats suggèrent qu'une allodynie mécanique statique se manifeste lorsque des circuits polysynaptiques locaux spécifiques, incluant les interneurones PKCγ, sont désinhibés par réduction de l'inhibition GABAAergique, vraisemblablement provoquée par une libération de ROS suite à une stimulation intense des fibres afférentes nociceptives. Des mécanismes spécifiques semblent donc exister pour chaque symptôme douloureux, représentant autant de cibles pour un traitement particulier de chacun d'eux. / Inflammatory or neuropathic chronic pain is characterized by persistent pain hypersensitivity. This includes spontaneous pain (pain experienced in the absence of any obvious peripheral stimulus), hyperalgesia (an increased responsiveness to noxious stimuli) and allodynia (pain in response to normally innocuous stimuli). Much of the currently available clinical treatment is only partially effective and may be accompanied by distressing side effects. What are the mechanisms underlying these pain symptoms and therefore the putative targets for new drugs? Using behavoural, pharmacological, electrophysiological, anatomo-functional, molecular and microscopic techniques, we have characterized the segmental mechanisms of spontaneous pain and static mechanical allodynia (pain produce by a light pressure). Using the facial capsaicin pain model in rats, we evaluated (1) the role of GABAAergique inhibition and reactive oxygen species (ROS), (2) the involvement of specific interneurons which express the γ isoform of protein kinase C (PKCγ) and are localized in the inner part of laminae II (IIi) and the outer part of lamina III (IIIe), and (3) the properties of these PKCγ interneurons in the medullary dorsal horn (MDH). Phospho-ERK1/2 immunochemsitry reveals that two different neuronal circuits are involved in the manifestation of spontaneous pain and static méchanical allodynia after subcutaneous (s.c.) injection of capsaicin. The first includes neurons exclusively located in the most superficial laminae (I and outer part of lamina II (IIe)) and the second, neurons in laminae I, IIe, IIi and IIIe, including PKCγ interneurons. As after s.c. capsaicin, intracisternal (i.c.)injection of a ROS donor or a GABAA receptor inhibitor induces static mechanical allodynia and associated activation of the local circuit. Conversely, these two phenomenons, but not spontaneous pain, are suppressed following i.c. injection of ROS scavenger and PKCγ inhibitors before s.c. capsaicin. Light and electron microscopies show that PKCγ interneurons (1) express both GABAA and glycine receptors, and (2) only receive direct inputs from A-fiber primary afferents. PKCγ is mostly localized on cytoplasmic membranes where it often clusters close to synaptic clefts. Our results suggest that static mechanical allodynia is expressed when specific local polysynaptic circuits, including PKCγ interneurons, are unmasked by disrupted GABAAergic inhibition, likely produced by ROS release following a strong activation of C-fiber nociceptive primary afferents. Specific mechanisms appear to be involved in these different pain symptoms, each of them being a possible target for new drugs aimed specifically at these symptoms.

Les interneurones GABAergiques sont des composants cruciaux du réseau neocortical et la caractérisation fonctionnelle du neocortex a été fortement ralentie par l'absence de consensus concernant leur classification. Les interneurones se différencient du point de vue électrophysiologique et morphologique ainsi que par l'expression de marqueurs moléculaires. Une controverse demeure cependant, pour déterminer si la combinaison de ces caractéristiques définit des classes séparées ou au contraire, un continuum phénotypique où chaque cellule est unique. Pendant ma thèse, je me suis proposé d'étudier la diversité des interneurons neocorticaux en prenant en compte l'ensemble de ces critères. Des enregistrements de patch-clamp couplés à la technique de PCR sur cellule unique ont été réalisés sur un échantillon de plus de 300 interneurones et l'arborisation de près de 200 d'entre eux a été reconstruites en 3 dimensions. Les phénotypes électrophysiologiques, morphologiques et moléculaires de notre échantillon ont été quantifiés au travers d'un ensemble de 56 paramètres quantitatifs. Cet échantillon a d'abord été utilisé pour caractériser les interneurones dans la couche VI du neocortex, une région où ils n'avaient été que partiellement décrits. En utilisant une approche non supervisée, 4 classes d'interneurones ont pu être identifiées sur la base de propriétés électrophysiologiques, morphologiques et moléculaires. Additionnellement, en utilisant des immunomarquages sur des souris GAD67::GFP Knock-In, les distributions d'interneurones exprimant des marqueurs caractéristiques ont été cartographiées à travers la couche VI, mettant en évidence que des populations distinctes s'accumulent dans des sous-couches particulières. Ces analyses ont été soumises pour publication. Nous avons ensuite entrepris de caractériser la diversité des interneurones à travers l'ensemble des couches du neocortex. En utilisant des méthodes non supervisées reposant sur les propriétés électrophysiologiques et moléculaires des interneurones, nous avons montré que les classes que nous avions caractérisées dans la couche VI pouvaient être identifiées sur l'ensemble de notre échantillon. Toutefois, en analysant la séparation de ces classes avec des méthodes analytiques, nous avons trouvé que, si certaines formaient des archétypes distincts, une fraction substantielle de notre échantillon présentait des phénotypes intermédiaires à des classes particulières. Ce travail suggère donc que les interneurones du neocortex se séparent bien en plusieurs populations, mais que ces groupes ne constituent pas des classes distinctes mais plutôt des archétypes phénotypiques. Ces résultats supportent une nouvelle façon de regarder la diversité des interneurones GABAErgiques et seront rapportés dans un second article.