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L’orientation spatiale et la fonction de navigation sont des processus contrôlés par des circuits et éléments neuronaux bien précis. Le présubiculum, aire cortical de transition de la région parahippocampique, est situé entre l’hippocampe et le cortex entorhinal. Le présubiculum est impliqué dans la navigation spatiale à la fois chez l’animal et l’Homme. Plus de la moitié des neurones du présubiculum sont des cellules de direction de la tête qui déchargent en fonction de la direction prise par la tête de l’animal. Le présubiculum est un carrefour majeur pour le transfert d’information de direction de la tête et de l’information visuelle aux régions de la formation hippocampique et parahippocampique et sous-corticale. Malgré son importance fonctionnelle, le traitement de l’information au sein du circuit présubiculaire à 6 couches reste encore peu connu. Au cours de ma thèse, j’ai étudié les éléments inhibiteurs qui composent le microcircuit présubiculaire à partir de tranches aigües de cerveau de souris en utilisant la technique du patch-clamp. J’ai caractérisé les propriétés anatomique et électriques des interneurones ainsi que leur connectivité locale et à distances avec d’autres régions corticales.Dans un premier temps, j’ai étudié la diversité des interneurones exprimant la parvalbumine et la somatostatine à partir de lignées de souris transgéniques exprimant une protéine fluorescente dans les interneurones. J’ai montré l’existence des cellules en panier à décharge rapide exprimant la parvalbumine et des cellules de Martinotti à bas seuil d’activation exprimant la somatostatine. J’ai également décrit un troisième groupe atypique avec des propriétés électriques intermédiaires et des morphologies hétérogènes. L’existence de ce groupe transitionnel pourrait s’expliquer par la présence d’interneurones exprimant à la fois la parvalbumine et la somatostatine. Ainsi, le microcircuit inhibiteur du présubiculum semble partager toute la complexité des autres aires corticales. Dans un second temps, je me suis intéressée à l’intégration des entrées thalamiques par les neurones excitateurs et inhibiteurs dans les couches superficielles du présubiculum à l’aide de la technique du double patch-clamp. J’ai montré que les axones thalamiques innervent sélectivement les couches superficielles et plus particulièrement, contactent directement les cellules de projection vers le cortex entorhinal ainsi que les interneurons exprimant la parvalbumine dans la couche 3 du présubiculum. En revanche, les interneurons exprimant la somatostatine sont indirectement recrutés par les cellules pyramidales du microcircuit. Ces interneurones joueraient un double rôle à la fois dans l’inhibition latérale et le maintien d’une décharge soutenue des cellules principales. Du fait de la forte probabilité de connexion entre les cellules principales et les interneurones exprimant la parvalbumine, ces derniers seraient impliqués dans l’inhibition de type feed-forward. Mon travail de thèse a permis d’apporter des connaissances fondamentales concernant l’inhibition au sein du présubiculum. Il a permis de dévoiler une diversité d’interneurones GABAergiques et de montrer l’existence de circuits neuronaux canoniques de type « feedforward » et « feedback » qui seraient recrutés à différents moments de la signalisation de la direction de la tête. / Spatial orientation and navigation are controlled by specific neuronal circuits and elements. The presubiculum, a transitional cortical area of the parahippocampal formation, is located between the hippocampus and the entorhinal cortex, and it participates in spatial navigation in animals and humans. More than half of presubicular neurons are head direction cells that fire as a function of the directional heading. The presubiculum is thought to be a crucial node for transferring directional heading information to the entorhinal-hippocampal network, and feeding back visual landmark information to upstream regions of the head directional circuit. Despite its functional importance, information processing within the 6-layered presubicular microcircuit remains not completely understood. During my PhD, I studied inhibitory neurons of the presubicular microcircuit in the slice preparation using patch-clamp recordings. I characterized their anatomo-physiological properties as well as their functional connectivity with local principal neurons. In the first part, I examined the diversity of two major populations of GABAergic neurons, the parvalbumin (PV) and somatostatin (SOM) expressing interneurons in mouse presubiculum. Using transgenic mouse strains Pvalb-Cre, Sst-Cre and X98, where interneurons were fluorescently labeled, I showed the existence of typical PV fast-spiking basket-like interneurons mainly in the Pvalb-Cre line and SOM low-threshold spiking Martinotti cell-like interneurons in the X98 and Sst-Cre line. Unsupervised cluster analysis based on electrophysiological parameters further revealed a transitional group containing interneurons from either Pvalb-Cre or Sst-cre lines with quasi-fast-spiking properties and heterogeneous morphologies. A small subpopulation of ~6% of interneurons co-expressed PV and SOM in mouse presubiculum. The presubiculum appears to share the whole complexity of other cortical areas in term of inhibition. In the second part, I investigated the integration of thalamic inputs by principal neurons as well as PV and SST interneurons in the presubiculum using double patch-clamp recordings. I found that thalamic axons selectively innervated superficial layers and made direct synaptic contacts with pyramidal neurons that project to medial entorhinal cortex and also with PV interneurons in superficial layer 3. In contrast, SST interneurons were indirectly recruited by presubicular pyramidal cells in a facilitating and frequency dependent manner. They may mediate lateral inhibition onto nearby principal cells, and at the same time, preserve sustained firing of principal neurons. In paired recording experiments, I found that PV cells inhibit neighboring pyramidal neurons with a high connection probability. PV interneurons are rapidly recruited by thalamic excitation and mediate feed-forward inhibition in presubicular pyramidal neurons. My PhD work brought fundamental knowledge about the presubicular inhibitory microcircuit. It has unraveled different populations of GABAergic interneurons and revealed canonical feedforward and feedback inhibitory motifs that are likely to be recruited at different times during head direction signaling.

Le cervelet, composé d'un cortex et de noyaux, est responsable du contrôle moteur fin des mouvements et de la posture. En combinant une approche génétique (basée sur l'utilisation de lignées de souris transgéniques) avec des traçages anatomiques, des marquages immunohistochimiques et des expériences d'électrophysiologie et d'optogénétique, nous établissons les caractères distinctifs des neurones inhibiteurs des noyaux cérébelleux et en détaillons la connectivité ainsi que les fonctions dans le circuit cérébelleux. Les neurones inhibiteurs glycinergiques des noyaux profonds constituent une population de neurones distincts des autres types cellulaires identifiables par leur phénotype inhibiteur mixte GABAergique/glycinergique. Ces neurones se distinguent également par leur plexus axonal qui comporte une arborisation locale dans les noyaux cérébelleux où ils contactent les neurones principaux et une projection vers le cortex cérébelleux où ils contactent les cellules de Golgi. Ces neurones inhibiteurs reçoivent également des afférences inhibitrices des cellules de Purkinje et pourraient être contactés par les fibres moussues ou les fibres grimpantes.Nous apportons ainsi la première étude d'une transmission mixte fonctionnelle par les neurones inhibiteurs des noyaux cérébelleux, projetant à la fois dans les noyaux et le cortex cérébelleux. L'ensemble de nos données établissent les neurones inhibiteurs mixtes des noyaux cérébelleux comme la troisième composante cellulaire des noyaux profonds. Leur importance dans l'organisation modulaire du cervelet, ainsi que leur impact sur l'intégration sensori-motrice, devront être confirmés par des études optogénétiques in vivo. / The cerebellum is composed of a three-layered cortex and of nuclei and is responsible for the learned fine control of posture and movements. I combined a genetic approach (based on the use of transgenic mouse lines) with anatomical tracings, immunohistochemical stainings, electrophysiological recordings and optogenetic stimulations to establish the distinctive characteristics of the inhibitory neurons of the cerebellar nuclei and to detail their connectivity and their role in the cerebellar circuitry.We showed that the glycinergic inhibitory neurons of the cerebellar nuclei constitute a distinct neuronal population and are characterized by their mixed inhibitory GABAergic/glycinergic phenotype. Those inhibitory neurons are also distinguished by their axonal plexus which includes a local arborization with the cerebellar nuclei where they contact principal output neurons and a projection to the granular layer of the cerebellar cortex where they end onto Golgi cells dendrites. Finally, the inhibitory neurons of the cerebellar nuclei receive inhibitory afferents from Purkinje cells and may be contacted by mossy fibers or climbing fibers.We provided the first evidence of functional mixed transmission in the cerebellar nuclei and the first demonstration of a mixed inhibitory nucleo-cortical projection. Overall, our data establish the inhibitory neurons as the third cellular component of the cerebellar nuclei. Their importance in the modular organization of the cerebellum and their impact on sensory-motor integration need to be confirmed by optogenetic experiments in vivo.

Dès les stades précoces du développement et jusqu’à l’âge adulte, le facteur de transcription TSHZ3 est fortement exprimé dans les neurones pyramidaux (PNs) du cortex. Les PNs de la couche V forment la synapse cortico-striée en contactant les neurones épineux moyens (MSNs) du striatum. A ce niveau, l’expression de TSHZ3 n’est pas retrouvée dans les MSNs mais dans les interneurones cholinergiques (CINs). Des données récentes ont établi un lien entre délétion hétérozygote du gène TSHZ3/Tshz3, troubles du spectre autistique (TSA) et dysfonctionnement de la circuiterie cortico-striée (Caubit et al., Nat Genet 2016). Afin de mieux comprendre le rôle de TSHZ3 dans la circuiterie cortico-striée, nous avons caractérisé deux modèles murins de délétion conditionnelle de Tshz3, ciblant soit les neurones de projection à partir de la période postnatale (souris Tshz3-pnCxKO), soit les neurones cholinergiques à partir de la période embryonnaire (souris Tshz3-ChATCre). Chez les souris Tshz3-pnCxKO, la perte de TSHZ3 entraîne une moindre excitabilité des PNs de la couche V, ainsi qu’une diminution de la probabilité de libération du glutamate par leurs afférences. Nous montrons également une profonde altération du fonctionnement de la synapse cortico-striée. Chez les souris Tshz3-ChATCre, nous montrons que la perte de Tshz3 modifie les propriétés membranaires et de décharge d’une proportion des CINs, qui sont les seuls neurones cholinergiques de l'encéphale exprimant TSHZ3 de façon importante. Ces changements fonctionnels suggèrent que TSHZ3 joue un rôle clé dans le développement des PNs du cortex, de la voie cortico-striée et des CINs, confirmant son implication dans les TSA. / The zinc-finger transcription factor TSHZ3 is highly expressed by cortical projection neurons (PNs) from embryonic stages to adulthood, including layer V pyramidal neurons that project to the striatum. There, TSHZ3 is expressed by cholinergic interneurons (CINs) but not by the main targets of PNs, i.e. the medium spiny neurons. Interestingly, recent evidences link heterozygous TSHZ3/Tshz3 gene deletion to autism spectrum disorder (ASD) and to corticostrial circuitry dysfunction (Caubit et al., Nat Genet 2016). In order to provide further insights on the role of Tshz3 in the corticostriatal circuitry, we have characterized two conditional KO mouse models in which its expression is lost either in projection neurons at early postnatal stage (Tshz3-pnCxKO) or in cholinergic cells beginning at embryonic stage (Tshz3-ChATCre). In Tshz3-pnCxKO mice, we confirmed that Tshz3 expression is lost in glutamatergic PNs without altering their number. Our electrophysiological study revealed that layer V PNs are less excitable and that glutamate release probability from their afferents is decreased. We also found dramatic changes of both corticostriatal synaptic transmission and plasticity. In ChAT-Cre mice, we found that Tshz3 is expressed in the striatum by almost 100% of CINs, while it is little or no expressed in the other cholinergic nuclei of the brain. Interestingly, the loss of Tshz3 impacts the spontaneous firing pattern of a subpopulation of CINs without altering their number. These functional changes suggest that TSHZ3 plays a key role in PNs, corticostriatal pathway and CINs development, supporting its implication in ASD.

La mise en place des circuits neuronaux fonctionnels se construit autour d'une grande diversité cellulaire et nécessite l'accomplissement d'une série d'évènements complexes incluant la prolifération, la migration, la différenciation, le guidage axonal, la reconnaissance cellulaire et la synaptogenèse des progéniteurs neuronaux. Dans le cervelet, les interneurones GABAergiques de la couche moléculaire (IGCM) s‘intègrent au cours des deux premières semaines post-natales et se différencient en deux sous-types cellulaires, les cellules en panier (CP) qui innervent le segment initial de la cellule de Purkinje, cellule principale du cervelet, et les cellules étoilées qui innervent l'arbre dendritique de la cellule Purkinje. Bien que ces deux types cellulaires possèdent des morphologies distinctes et innervent des sous-domaines cellulaires spécifiques, aucun marqueur moléculaire ne permet de les discriminer. Depuis près d'un siècle, la controverse existe concernant leur identité et deux théories s'affrontent. La première suggère que ces deux cellules sont des variantes issues d'un même progéniteur et que les différences morphologiques sont dues à un changement progressif de l'environnement cellulaire alors qu'une autre hypothèse suggère que ces deux cellules proviennent de progéniteurs neuronaux différents. Au cours de ma thèse j'ai étudié l'intégration des IGCM au sein de la couche moléculaire (CM) en caractérisant deux étapes clés de la formation des circuits GABAergiques, la migration et l'innervation de leur cible. En utilisant une combinaison de techniques telles que la microscopie bi-photonique et les greffes in vivo de progéniteurs neuronaux, j'ai mis en évidence que durant la première semaine post-natale, les IGCM quittent leur lieu de naissance pour rejoindre la CM en réalisant une seule étape de migration radiale. De manière intéressante certains IGCM accomplissent une étape de migration supplémentaire inédite tangentiellement à la surface piale pendant la deuxième semaine post-natale. Cette nouvelle phase de migration tangentielle des IGCM se déroule au sein de la couche granulaire externe où résident les cellules granulaires pré-migratoires dont les fibres qui expriment TAG-1 jouent un rôle essentiel en tant que support physique et participent à l'établissement des IGCM en mode “inside-out”. De plus, nos résultats suggèrent que seule une sous-population de type cellule étoilée effectuerait cette étape supplémentaire, montrant ainsi une première divergence dans le processus de maturation des IGCM. Par la suite, je me suis intéressée à l'innervation des cellules de Purkinje par les CP nouvellement différenciées. En utilisant des techniques d'immuno-histochimie, j'ai tout d'abord montré que la Neuropiline-1 (NRP1), un des récepteurs de la Sémaphorine-3A, était exprimé au niveau des terminaisons axonales des CP. Enfin, grâce à l'analyse d'un mutant conditionnel pour NRP1, j'ai pu mettre en évidence qu'en plus de son rôle crucial dans le guidage axonal des CP, NRP1 est également impliquée dans l'innervation spécifique du segment initial axonal des cellules de Purkinje en interagissant avec une molécule d'adhésion cellulaire de la famille L1CAM, la Neurofascine. Ces résultats démontrent pour la première fois un rôle de NRP1 dans la transition entre l'étape de guidage avec celle de la reconnaissance cellulaire par les CP. En conclusion, nos résultats suggèrent fortement que les deux sous-types d'IGMC possèdent un programme génétique spécifique leur permettant de s'intégrer de manière unique au sein de la CM. / The establishment of functional neural circuits is built around a large cell diversity and requires the completion of a series of complexe events including proliferation, migration, differentiation, axon guidance, cell recognition and synaptogenesis of neural precursors. In the cerebellum, molecular layer GABAergic interneurons (MLGI) reach their final location during the first two post-natal weeks and differentiate into two cellular subtypes, the basket cells (BC) that innervate the Purkinje cell initial segment and the stellate cells that innervate the dendritic tree of the Purkinje cell, the principal cell of cerebellar cortex. Although these two cell types have distinct morphologies and innervate specific subcellular domains, no molecular marker allows to discriminate between them. For nearly a century, controversy exists concerning their identity and two theories exist. The first one suggests that these two cell types are variants derived from a single progenitor and that morphological divergence is due to a gradual change in the cellular environment while the other hypothesis suggests that these two cell types come from different progenitors. During my thesis, I studied the integration of the MLGI in the molecular layer (ML) characterizing two key steps in the formation of GABAergic circuits, migration and innervation of their target. Using a combination of techniques such as two-photon microscopy and in vivo transplantation of neural progenitors, I highlighted that during the first post-natal week, MLGI leave their birthplace to join the ML by performing a single radial migration step. Interestingly, some MLGI perform an unexpected additional migration step tangentially to the pial surface during the second post-natal week. This new phase of MLGI tangential migration takes place in the external granule cell layer where resident pre-migratory granule cells whose fibers expressing TAG-1 play an essential role as physical support and participate in the establishment of MLGI « inside-out » mode. In addition, our results suggest that only a stellate-like subpopulation would perform this extra step, bringing the first indication of an early divergence during MLGI maturation process. Then, I was interested in the innervation of Purkinje cells by newly differentiated BC. Using immunohistochemistry experiments, I first showed that Neuropilin-1 (NRP1), a Semaphorin-3A receptor, was expressed in the BC axon terminals. Finally, through the analysis of a NRP1 conditional mutant, I brought out that, in addition to its critical implication in axon guidance, NRP1 is also involved in the specific innervation of the Purkinje cell axon initial segment by interacting with a cell adhesion molecule belonging to the L1 family, Neurofascin. These results demonstrate for the first time a role of NRP1 in the transition between the guidance and the cell recognition steps by BC. In conclusion, our results strongly support that the two MLGI subtypes have a specific genetic program allowing them to integrate within the ML in a unique manner.

La formation des circuits cérébraux, dont l’altération est associée à divers troubles neurologiques et psychiatriques, commence pendant l’embryogenèse. Les microglies sont les macrophages du cerveau et répondent à une inflammation ou une infection par une production de facteurs et une phagocytose active. En plus de leurs fonctions immunitaires, ces cellules ont été récemment impliquées dans l’émergence de troubles associés à des maladies neurodéveloppementales. Elles agissent également sur le remodelage post-natal des circuits neuronaux en phagocytant des synapses et des neurones immatures. Étant donné que les microglies colonisent précocement le cerveau embryonnaire, elles pourraient également participer au développement cérébral précoce. Mes travaux de thèse ont montré que les microglies embryonnaires, par le biais d’une localisation hétérogène, modulent la formation du cerveau antérieur. En effet, l’étude phénotypique comparative in vivo de modèles murins dans lesquels les microglies sont absentes ou leurs fonctions perturbées montrent des défauts de positionnement d’interneurones corticaux et de progression des axones dopaminergiques. De plus, les microglies sont impliquées dans la progression d’un autre faisceau axonal, la capsule externe. Après avoir observé une association très forte entre les microglies et des axones spécifiques, j’ai utilisé deux approches ex vivo et in vivo afin de déterminer si les microglies pourraient agir par phagocytose. Mes résultats montrent que malgré la présence de caractéristiques morphologiques phagocytaires, les microglies ne phagocytent pas les axones de manière intense. Ces travaux suggèrent ainsi que la phagocytose des axones à elle seule ne peut pas expliquer les rôles des microglies sur la croissance axonale. Ce travail, qui montre un rôle anténatal des microglies, révèle une interaction nouvelle entre le développement des systèmes nerveux et immunitaires, et ouvre des perspectives nouvelles pour l’étude sur les mécanismes contrôlant la formation du cerveau en condition physiologique et pathologique. / Brain functioning relies on complex neural circuits that are built during embryogenesis and defects in this process can lead to neurologic or psychiatric disorders. Microglia are the brain resident macrophages, which respond to inflammation and infection by active phagocytosis and secretion of various molecules. In addition to these immune-related functions, microglia were recently involved in the onset of several neuropsychiatric disorders, as well as in postnatal neuronal plasticity, notably through the phagocytosis of developing neurons and synapses. Since microglia colonize the brain during early embryogenesis, they might also participate to the elaboration of neural networks. Here, we reveal that embryonic microglia, via a heterogeneous localization, are modulators of forebrain wiring. Using a cross-comparative analysis of phenotypes induced by either an absence or a perturbation of microglia activity, we showed that microglia directly regulate interneuron positioning as well as dopaminergic axons outgrowth. Moreover, microglia are involved in the formation of another tract, the external capsule. Having observed a strong association between microglia and axons, we combined ex vivo and in vivo approaches in order to decipher whether microglia could act by means of phagocytosis. Despite showing some clear morphological features of intense phagocytosis, our results suggest that microglia do not perform active phagocytosis of axons in vivo. Thus, the phagocytic activity of embryonic microglia by itself is unlikely to explain their role on axonal progression. This study shows for the first time an early prenatal role for microglia and reveal a novel interplay between the central and nervous systems during embryonic development.

Les cellules de Golgi constituent une composante essentielle du cortex cérébelleux et la seule source d’inhibition de la couche granulaire. Leur ablation produit des déficits moteurs sévères. Malgré plusieurs études intensives, notre compréhension de la fonction des ces cellules et de leur influence sur le transfert d’informations dans le cortex cérébelleux reste limitée. La fonction de la cellule de Golgi découle de ses interconnexions synaptiques locales. Lors de ma thèse nous avons identifié’ un véritable circuit de rétro-inhibition, qui est implémenté par les synapses entre les axones ascendants des cellules granulaires et les dendrites baso-latérales des cellules de Golgi. Cette connectivité puissante constitue la première preuve de l’existence d’un circuit de rétro-inhibition dans la couche granulaire. Nous avons par la suite cherché à comprendre comment le recrutement des interneurones de Golgi par l’activité détermine la dynamique du transfert d’informations. Nous avons développé un système de stimulation optique basé sur la déflection acousto-optique (AODs) de faisceaux Gaussiens de faible convergence, qui évoqué des patrons d’activité des fibres moussues avec une grande répétabilité et précision temporelle. Des stimulations électriques minimales des fibres moussues, qui à elles seules n’évoquent pas de potentiel d’action dans les cellules en grain, évoquent de large CPSEs phasique dans les cellules de Purkinje lorsqu’elles sont couplées avec des stimulations optogénétiques. Nous proposons un modèle de codage contextuel par lequel les évènements notables sont transmis par les cellules en grain dans le contexte d’activité des autres fibres moussues. / Golgi interneurons are an essential cellular component of the cerebellar cortex and the only source of inhibition to billions of granule cells. Their acute ablation causes severe motor deficits. Despite extensive research for the last decades, we still have limited understanding of Golgi cell function and of its impact on the information flow in the cerebellar cortex. Golgi cell function will ultimately depend on its synaptic connections within the cerebellar microcircuit. During my thesis we demonstrated the existence of a specific local feedback circuit onto granule cells, which is implemented by synapses between the ascending axons of granule cells and the basolateral dendrites of Golgi cells. The abundance of these local connections constitutes the first evidence of a powerful feed-back inhibitory circuit in the granule cell layer. Further we sought to understand how Golgi interneurons recruitment by the activity may influence information transfer in the granular layer. We developed a new illumination device, based on acousto–optic deflectors (AODs) stirring of low NA Gaussian beams at 1MHz, which delivered patterned optogenetic stimulations of mossy fibers with high reproducibility and sub-millisecond precision. Minimal electrical stimulations of the mossy fibers in the white matter, which alone where unable to fire granule cells, evoked large phasic EPSCs in Purkinje cells, when paired with asynchronous optogenetic stimulations. We propose that optimal sparse encoding of mossy fiber activity by granule cells is obtained through the relay of salient events (spiking onset, sensory driven synchrony or bursts) in the context of previous ongoing mossy fiber activity.

Les premières semaines postnatales sont essentielles pour le développement de la sensibilité à la douleur et sont associées à une réorganisation structurelle et fonctionnelle des systèmes sensoriels. Les interneurones localisés dans la couche II interne (IIi) du sous noyau caudal du trijumeau (Sp5C), premier relais de l’information tactile et nociceptive orofaciale, sont des éléments clés des circuits responsables de l’allodynie mécanique orofaciale. L’objectif de ce travail de thèse est d’étudier le développement postnatal, à la fois morphologique (en utilisant l’immunohistochimie et l’analyse morphologique tridimensionnelle) et fonctionnel (enregistrements en patch-clamp sur tranches de Sp5C), de ces interneurones. Nous nous sommes d’abord intéressés à une population très particulière d’interneurones de la couche IIi, qui expriment l’isoforme gamma de la protéine kinase C (PKCγ). Au stade le plus précoce de notre étude (3 jours postnataux, P3), les interneurones PKCγ sont présents dans toutes les couches superficielles sauf, précisément, la couche IIi. Ce n’est qu’à P6 que les premiers interneurones PKCγ peuvent être observés dans cette couche. Leur nombre y croît ensuite progressivement jusqu’à P11-15. A cet âge, leur nombre dans la couche IIi est quasiment identique à celui observé aux âges plus tardifs. De plus, nous montrons que cette augmentation du nombre d’interneurones PKCγ dans la couche IIi n’est liée ni à une prolifération cellulaire ni à l’arrivée progressive des fibres afférentes nociceptives dans le Sp5C. Nous avons également étudié le développement des interneurones de la couche IIi dans leur ensemble. Ces neurones sont l’objet d’un grand nombre de changements morphologiques, aussi bien au niveau de leur soma (augmentation du volume) que de leurs neurites (augmentation de leur longueur combinée à une diminution de leur nombre et de leurs ramifications). Sur le plan fonctionnel, les neurones de la couche IIi, à la naissance, sont plus dépolarisés, ont une rhéobase plus basse – ils seraient donc plus excitables – et montrent plus fréquemment un profil de décharge avec un seul potentiel d’action, comparés aux mêmes interneurones chez l’adulte.Toutes ces modifications structurelles et fonctionnelles des interneurones de la couche IIi du Sp5C pourraient contribuer au développement de la sensibilité orofaciale. / The first postnatal weeks are pivotal for the development of pain sensitivity and are associated with structural and functional reorganization of sensory systems. Interneurons located in the inner part of lamina II(IIi) of the caudal trigeminal subnucleus (Sp5C), the first central node in orofacial tactile and nociceptive pathways, are key elements in circuits underlying the orofacial mechanical allodynia. The aim of this thesis is to study the morphological (by using immunohistochemistry and tridimensional morphological analysis) and functional (by using whole-cell patch-clamp recordings) postnatal development of these interneurons. First, we looked at a very specific population of lamina IIi interneurons expressing the gamma isoform of the protein kinase C (PKCγ). At the earliest stage of our study (3 postnatal days, P3), PKCγ interneurons are present in all superficial layers but PKCγ interneurons can be observed in lamina IIi only at P6. The number of PKCγ interneurons within this lamina then increases gradually up to P11-15. At this age, the number of PKCγ interneurons in lamina IIi is almost the same as that at later ages. Interestingly, we show that neither cell proliferation nor the gradual projection of nociceptive fibers within the Sp5C accounts for such increase. We also studied the development of the whole population of lamina IIi interneurons. These interneurons undergo a large number of morphological changes, in their soma (increased volume) as well as neurites (concomitant increase in length and decrease in number and branching). Furthermore, according to electrophysiological properties, lamina IIi interneurons, at birth, are more depolarized, have a lower rheobase – suggesting that they are more excitable – and exhibit more frequently a single action potential discharge profile compared with mature ones. All these structural and functional changes of lamina IIi interneurons might contribute to the development of orofacial sensitivity.

La maladie d’Alzheimer est la forme de démence qui affecte le plus de gens mondialement. Les mécanismes associés à cette maladie neurodégénérative ne sont pas complètement connus et considérant le phénomène de vieillissement de la population, il devient impératif de développer de nouveaux outils de diagnostic et de nouvelles thérapies pour cette pathologie. Il y a de plus en plus de preuves qui associent les déficits cognitifs de l’Alzheimer à un dysfonctionnement de l’équilibre entre l’excitation et l’inhibition de l’hippocampe, mais aussi à un niveau soutenu de neuroinflammation par l’activation exagérée de la microglie. Malgré les nombreuses études sur l’interaction fonctionnelle entre les neurones principaux et la microglie, aucune étude ne s’est concentrée sur l’interaction de la microglie avec les interneurones GABAergiques de l’hippocampe. En utilisant l’immunofluorescence et la microscopie confocale, nous avons étudié l’interaction structurelle de la microglie avec deux sous-types d’interneurones inhibiteurs impliqués dans les processus de la mémoire : les cellules exprimant la somatostatine (SOM+) et celles exprimant la parvalbumine (PV+). Nos résultats ont montré que la quasi-totalité de ces interneurones interagissaient avec la microglie en conditions contrôles et que ce niveau d’interaction était maintenu chez des souris présentant les symptômes de la maladie d’Alzheimer (APP/PS1). Nous avons aussi montré que la microglie interagissait avec tous les domaines structurels des interneurones. Le soma des interneurones était contacté différemment chez les cellules SOM+ et celles PV+ suggérant un contrôle différent selon le type de neurones contacté. La microglie interagissait préférentiellement avec le domaine proximal des dendrites suggérant un rôle de ces contacts dans l’intégration synaptique. Nos résultats n’ont montré aucun changement structurel majeur chez les souris imitant la maladie d’Alzheimer indiquant que les dysfonctionnements observés pendant la maladie seraient causés par des modifications fonctionnelles de ces contacts ou que ces contacts ne sont pas impliqués dans la pathologie. / Alzheimer’s disease (AD) is the most common form of dementia. The mechanisms associated to this neurodegenerative disease are not completely understood and with the aging population it is now imperative to develop new diagnosis tools and therapies for this pathology. There is growing evidence associating AD cognitive deficits to a dysregulation of the excitation/inhibition balance in the hippocampus, but also to a sustained level of neuroinflammation caused by exaggerated microglia activation. While numerous studies have assessed the functional interaction between principal neurons and microglia, much less is known about the specific interaction between microglia and hippocampal GABAergic interneurons. Using immunofluorescence and confocal microscopy, we studied the structural interaction between microglia and two subtypes of inhibitory interneurons involved in memory processes: somatostatin- (SOM+) and parvalbumin-expressing interneurons (PV+). Our results showed that almost all of these interneurons were interacting with microglia in control conditions and that this high level of interaction was maintained in mice presenting AD symptoms (APP/PS1 mice). We also reported that microglia interacted with every neuronal structural domain. Interneurons somata were contacted differently in each subtype suggesting a different control depending on the type of interneuron contacted. Microglia was preferentially interacting with proximal dendrites suggesting a role of these contacts in synaptic integration. Our results showed no major structural changes in AD mice indicating that the observed functional impairments during AD may be caused by functional modifications in these contacts or that these interactions are not involved in the pathogenesis of AD.