Les microglies sont les cellules immunitaires résidentes du cerveau. Les microglies sont principalement connues pour leur capacité à éliminer des débris toxiques, des cellules dysfonctionnelles ou dégénérées, ainsi que des pathogènes, et à médier des évènements inflammatoires. Cependant, les fonctions des microglies sont plus diverses que considérées auparavant. Les microglies participent à la modulation neuronale et synaptique, l'organisation vasculaire et la modulation des autres cellules gliales comme les astrocytes et les oligodendrocytes. Les fonctions microgliales sont nécessaires pour un fonctionnement sain du cerveau, le comportement et les fonctions cognitives tout au long de la vie. Les microglies sont sensibles aux changements dans leur environnement et présentent une vaste gamme de réponses aux changements environnementaux. L'exposition au stress psychologique chronique affecte la structure et la fonction du cerveau et mène à des conséquences sur le comportement et la cognition. Les microglies répondent au stress chronique et leurs réponses peuvent devenir dysfonctionnelles. Les facteurs environnementaux peuvent également avoir des effets synergiques avec le stress chronique. L'apport nutritionnel est un facteur de vie modifiable important pour le fonctionnement du cerveau. Certaines diètes sont des facteurs de risque pour développer certaines maladies, mais elles peuvent aussi protéger contre divers risques ainsi que permettre d'acquérir une résilience aux facteurs de risque. La diète cétogène est utilisée comme un régime qui offre des améliorations notamment pour les troubles d'humeur et possède des effets anti-inflammatoires. Cependant, les effets de cette diète et le stress sur le cerveau et les microglies restent peu étudiés. Néanmoins, il est essentiel d'étudier les effets de la diète cétogène sur la résilience au stress et les microglies. Les microglies sont situées dans le parenchyme cérébral et leurs caractéristiques dépendent de leur position dans le cerveau. Ces variations sont accentuées par leur réponse aux facteurs environnementaux ou par des changements dans leur contexte immédiat. La visualisation de la microglie permet leur identification et l'analyse de leur densité, distribution et morphologie. Cette approche a une grande utilité pour étudier les microglies dans des contextes de santé et de pathologie. Les microglies sont des macrophages spécialisés dérivés du sac vitellin qui migrent jusqu'au cerveau dans les premiers jours de gestation où elles restent isolées et deviennent une population autorenouvelable. Les macrophages périphériques proviennent de la moelle osseuse. Dans des contextes spécifiques, les macrophages périphériques peuvent infiltrer le cerveau et co-exister avec la microglie. Le développement de techniques qui permettent de différentier entre la microglie et les macrophages périphériques infiltrant est nécessaire. J'ai développé un protocole pour distinguer entre les microglies et les macrophages infiltrants en fonction de leur expression du marqueur de microglie et macrophages IBA1 et du marqueur de microglies TMEM119. Ce protocole comprend des outils d'analyses pour étudier la densité, la distribution et la morphologie des microglies en utilisant des logiciels d'utilisation libre. Mon protocole inclut également des outils pour interpréter les résultats des analyses présentées et des solutions aux problèmes plus communs. Ce protocole permet d'étudier les contributions de ces deux types cellulaires dans différents contextes sains et pathologiques. L'exposition au stress psychologique augmente le risque d'incidence de plusieurs maladies, incluant les maladies psychiatriques. La résilience et susceptibilité au stress chronique peuvent être modulées par plusieurs facteurs environnementaux, dont des habitudes de vie considérées modifiables. La microglie répond au stress chronique et aux changements de diète. Ainsi, pour la deuxième partie de ma thèse, j'ai étudié les effets de la diète cétogène (KD) et de la résilience au stress chronique sur la microglie. En collaboration avec mes collègues, je présente de nouvelles découvertes sur la biologie du stress, la diète cétogène et ses effets sur la microglie. J'ai examiné des souris mâles adultes supplémentées avec soit une diète contrôle (CD) ou une KD qui ont également été sujettes soit à un protocole de stress psychologique, un protocole de défaite sociale répétitif (RSD), ou demeurées non exposées au stress (contrôles; CTRL). Lors d'un test d'interaction sociale, les souris stressées ont été classifiées comme étant susceptibles (SUS) ou résistantes (RES) au stress psychologique. Ce protocole permet d'étudier les changements spécifiques des souris résistantes ou susceptibles au stress et permet la comparaison avec les souris contrôles. Parmi les souris supplémentées avec une KD, nous avons détecté une tendance plus élevée à être classifiées comme étant des souris RES après le RSD. J'ai analysé la morphologie et l'ultrastructure des microglies dans l'hippocampe ventral, particulièrement le CA1, une région du cerveau connue pour montrer des altérations structurelles suivant la réponse au stress psychologique. Mon étude a identifié de nombreux changements microgliaux liés à la KD et aux phénotypes comportementaux SUS et RES. L'analyse ultrastructurelle en microscopie électronique a montré une réduction des marqueurs de stress cellulaires chez les microglies des souris sur une KD. De plus, mon analyse de microscopie électronique a montré une réduction des contacts entre les microglies et les éléments synaptiques dans les souris SUS en comparaison des souris RES et CTRLs. Finalement, mon analyse de lipidomique dans l'hippocampe a identifié un profil lipidique distinct chez les souris SUS en comparaison des souris CTRLs. Ces différences, combinées avec les réponses microgliales envers la diète et le stress, suggèrent que des changements métaboliques peuvent mener à des phénotypes associés à la susceptibilité au stress. Nos résultats révèlent de nouveaux mécanismes par lesquels la KD pourrait améliorer la résistance au stress psychologique. Somme toute, mon travail comprend le développement de protocoles pour étudier la microglie en utilisant des techniques de microscopie avancées et une caractérisation détaillée de la morphologie et de l'ultrastructure microgliales. Ces méthodes ont été utilisées dans un projet qui étudie les effets synergiques de la diète et du stress sur le comportement et la microglie. Mes résultats suggèrent que la diète cétogène améliore la résistance au stress psychologique. Mes résultats offrent l'opportunité pour des études de suivi dans plusieurs domaines de recherche comme la psychiatrie, la nutrition et la neuroimmunologie. / Microglia are the resident immune cells of the brain. Microglia are mainly known for their roles in clearing toxic debris, removing dysfunctional or degenerating cells and pathogens and for mediating inflammation. However, microglia have other functions including modulating other glial cells (oligodendrocytes, astrocytes), neuronal and synaptic dynamics as well as vascular remodeling. Microglial functions are important for proper brain function, behavior and cognition across the lifespan. Microglia are sensitive to changes in their local environment and present a vast array of responses to an equally diverse set of environmental factors. Chronic psychological stress exposure is an environmental factor known to affect brain structure and function, which results in effects on behavior and cognition. Microglia are able to respond to chronic stress, and their adaptive response to chronic stress can sometimes become maladaptive. Environmental factors interact with each other and alter the physiological response of the brain to them. Diet, a modifiable environmental factor, is also relevant for brain function. Some diets have been known to increase the risk of disease but also confer protection and increase resilience to certain risk factors. The ketogenic diet has been used as a clinical dietary intervention with positive effects on mood improvement and anti-inflammatory properties. Nevertheless, the interactions of stress and diet in the brain, including effects on microglia, remain understudied. Therefore, it is important to study the outcomes of a ketogenic diet on stress resilience and microglial properties. Microglia are distributed across the brain and their function and characteristics vary across the different functional brain domains. This variation is further increased by responses to environmental factors or changes in their immediate environment. Imaging techniques that allow for the identification of microglia, and the analysis of their morphology, density and distribution, remain an important tool to study microglia across different contexts. Microglia are specialized macrophages that originate from the yolk-sac, migrate to the brain during development and become a self-sufficient cell population of the brain. Peripheral macrophages are bone marrow derived. In few contexts, bone marrow-derived macrophages can infiltrate the brain and co-exist alongside microglia. There is a need to develop tools to study the different roles of microglia and bone marrow-derived macrophages. I present a protocol I developed to differentiate between microglia and infiltrating bone marrow-derived macrophages using a double immunostaining for the microglia/macrophage marker ionized calcium-binding adapter molecule 1 (IBA1) and microglial marker transmembrane protein 119 (TMEM119). This protocol also comprises a battery of analyses to assess microglial density, distribution and morphology using open source analyzing tools. It lastly provides tools for result interpretation and troubleshooting of this protocol. My protocol enables the study of microglial features that are relevant in neuroscience research. Psychological stress is major risk for several diseases including psychiatric conditions. Resilience and susceptibility to stress can be modulated by modifiable life-style habits, like diet. Microglia are known to respond to psychological stress and changes in diet. Therefore, in the second part of the thesis, I aimed to study the outcomes of ketogenic diet on stress resilience and microglial properties. In collaboration with my teammates, I present novel findings on the biology of stress resistance, diet and their effects on microglia. I worked with adult male mice following a ketogenic diet (KD) or a control diet (CD) paired with a paradigm of repeated social defeat to study the mechanisms underlying the interindividual differences in the outcomes of psychological stress through the comparison of resistant versus susceptible phenotypes. I observed behavioral changes with a KD. A higher proportion of the KD mice were classified as resistant compared to CD mice following the stress paradigm. Confocal microscopy image analysis of microglia in stress-responsive hippocampus showed morphological adaptations to the diet and stress. Microglia of the non-stressed KD group presented morphological adaptations previously linked to homeostatic microglial states. I further observed distinct morphological changes in microglia of susceptible and resilient animals suggesting specific adaptations to stress. Ultrastructural analysis of hippocampal microglia using scanning electron microscopy also revealed effects of the stress and diet. Microglia of susceptible mice made less contacts with synaptic elements. I observed a reduction of tertiary lysosomes, resulting from phagolysosomal activity, in non-stressed KD mice. I also measured reduced microglial cellular stress markers at the ultrastructural level with the KD treatment. Finally, lipidomic analysis revealed that lipids are differentially regulated by a KD in the hippocampi of susceptible animals. These findings show that diet can boost stress resistance through stress-related lipid changes in the brain and that microglia respond to stress and diet, potentially underlying the beneficial effects of KD. Altogether, my work includes the development of protocols for the study of microglia using advanced imaging techniques and in-depth characterization of microglia morphology and ultrastructure. These methods are employed in a project that studied the interplay of diet and stress and their outcomes on behavior and microglia. My findings showed that KD increases resistance to psychological stress. My results provide the opportunity for followup research in various fields such as psychiatry, nutrition and neuroimmunology.

Les pathologies du SNC associent neurodégénérescence, troubles de la transmission et des processus neuroinflammatoires : réaction gliale et recrutement de cellules immunes. Les cellules immunes peuvent participer aux processus de souffrance neuronale et inhiber les processus de réparation comme la neurogenèse, mais peuvent également exercer des rôles neuroprotecteurs. Notre équipe a décrit que la molécule RAE-1, connue pour son rôle de ligand du récepteur activateur NKG2D exprimé par les NK, est exprimée constitutivement dans la SVZ, la zone de neurogenèse adulte qui génère des neuroblastes qui migrent vers le bulbe olfactif. De plus, RAE-1 est exprimée par les neurosphères issues de la SVZ et exerce un rôle non immun sur la prolifération cellulaire.L'objectif était de comprendre le rôle de RAE-1 et des NK en situation pathologique. J'ai étudié, en particulier, le modèle de lésion chimique des neurones olfactifs après injection de dichlobenil qui induit une mort neuronale suivie d'une réparation des réseaux neuronaux dans le bulbe olfactif. Ce modèle, connu des neurobiologistes, n'avait jamais été étudié sur le plan neuroinflammatoire. Nous avons caractérisé dans le bulbe olfactif, en RT-qPCR et cytométrie en flux multicouleur : la cinétique des processus de dé-afférentation, de ré-afférentation, de réaction gliale et le recrutement de cellules immunes. Je décris également l'induction de RAE-1 dans le bulbe olfactif, qui n'est pas liée à la présence d'une neurogenèse locale mais qui corrèle avec la prolifération microgliale et l'expression du M-CSF. Ces processus sont modifiés après un traitement à la minocycline et la déplétion des NK. Avec des modèles de culture in vitro, j'ai identifié RAE-1 comme un marqueur et un acteur de la microglie proliférative qui exerce, contrairement à la microglie non proliférative, des effets neuroprotecteurs. / CNS pathologies are characterized by neurodegeneration, neurotransmission impairment and neuroinflammation including glial reactivity and immune cells recruitment. Neuroinflammation induces neuronal loss and impairs neurogenesis but can also exerts neuroprotective effects. Our team has recently demonstrated that RAE-1 is constitutively expressed in the adult subventricular zone (SVZ), the main neurogenic niche where resident neural stem cells generate neuroblasts which migrate in chains to the olfactory bulbs, where they differentiate into interneurons. We also have reported in vitro that RAE-1 is a marker of proliferating neural stem/progenitor cells and plays a non-immune role in cell proliferation. The main objective was to understand the role of RAE-1 and NK cells in pathological condition. We mainly studied a model of chemical ablation of olfactory neurons using dichlobenil which induced neuronal loss followed by an olfactory neuronal network recovery. Neuroinflammatory processes have never been studied in this model, used by neurobiologists. Using RT-qPCR and multicolor flow cytometry, I characterized the processes of deafferentation, reafferentation, astroglia and microglia activation and the recruitment of immune cells. Moreover, RAE-1 expression was induced in the olfactory bulbs. This expression correlated with the increase of microglial cell proliferation markers and M-CSF expression. These neuroinflammatory processes were altered after NK cells depletion and minocyline treatments. Using in vitro culture models, I showed that RAE-1 is a marker and an actor of microglia proliferation. Moreover, proliferative microglia but not non proliferative cells exerts a neuroprotective effect.

La sérotonine a été impliquée dans le processus développemental de raffinement périnatal des connections synaptiques. D’autre rôle important est joue par des cellules immunitaires du cerveau, la microglie.Pendant ma thèse j’ai teste l’hypothèse qu’une interaction entre la microglie et la sérotonine est nécessaire pour l’établissement des circuits neuronaux correct dans le cerveau de la souris.Les résultats récents du laboratoire ont montré que la microglie exprime un des récepteurs à la sérotonine: le 5-HT2B. En utilisant comme model la ségrégation des axons retiennes dans le thalamus j’ai observé que la souris invalide pour ce récepteur présente des altérations anatomiques dans les régions des projections rétiniennes du thalamus.En parallèle, j’ai testé l’effet de la sérotonine sur la microglie. La libération locale de la sérotonine sur les coupes aigue du cerveau a un effet chemoattractant sur la microglie (2-photon microscopie).En plus, les analyses d'expression d’ARN de microglie dans une culture cellulaire primaire ont montres une augmentation de certains marqueurs d'activation dans la souris invalidée pour le récepteur 5-HT2B.Afin de tester quelle(s) cellule(s) sont responsable(s) pour les altérations observées dans le thalamus j’ai teste un nombre de souris avec une invalidation conditionnelle du récepteur 5-HT2B. Les résultats que j’ai obtenus pendant mon doctorat support l’hypothèse que la sérotonine interagit avec la microglie et que cette interaction pouvait être importante dans la maturation du cerveau. / Serotonin, besides its functions as a neurotransmitter, actively participates in postnatal establishment and refinement of brain wiring in mammals. Another important role is played by the brain resident macrophages, microglia, in developmentally-regulated neuronal death as well as in synaptic maturation or elimination.During my thesis, I tested the hypothesis of cross-regulations between microglia and serotonin during postnatal brain development in a mouse model. The laboratory data show a major expression of the serotonin 5-HT2B receptor by postnatal microglia, suggesting that serotonin could participate in temporal and spatial synchronization of microglial functions. Using an in vivo model of synaptic refinement during early brain development, the maturation of retinal projections to the thalamus, I observed that Htr2B-/- mice present anatomical alterations of the projecting area of retinal axons into the thalamus.Parallelly, I tested the effects of serotonin on microglial cells. A local delivery of serotonin attracted microglial processes on acute brain slices (two-photon microscopy).Moreover, after comparing mRNA expression level in microglial primary cultures, we have found that some activation markers are upregulated in microglia from Htr2B-/-.In the second part of my PhD, by using a number of conditional Htr2B-/- mice, I investigated which cell type(s) could be responsible for the altered segregation of retinal axons in the thalamus of the total Htr2B-/- mice.Overall, my results support the hypothesis that serotonin interacts with microglial cells and that these interactions could participate in brain maturation.

Thèse (M.Sc.)--Université Laval, 2007. / Bibliogr.: f. [84]-111. Publié aussi en version électronique dans la Collection Mémoires et thèses électroniques.

Les récepteurs purinergiques P2X4 (P2X4R) sont des récepteurs canaux exprimés par lesneurones et les microglies du système nerveux central et sont impliqués dans de nombreuxprocessus physiologiques et pathologiques. Des études préliminaires, menées au sein dulaboratoire, ont permis de mettre en évidence une interaction entre P2X4R etl’Apolipoprotéine E (ApoE), ainsi qu’une augmentation d’ApoE dans les macrophages et lesmicroglies provenant de souris déficientes pour P2X4R. Basée sur ces observations, lapremière partie de cette thèse a cherché à caractériser les mécanismes impliquant P2X4R danscet effet. ApoE étant un facteur de risque majeur dans la maladie d’Alzheimer, la deuxièmepartie de cette thèse a été consacrée à étudier l’implication de P2X4R dans cette pathologie.Les résultats présentés montrent que P2X4R module l’activité de la cathepsine B, enzymeresponsable de la dégradation lysosomale d’ApoE. L’utilisation de souris APP/PS1 a permisde montrer que l’absence de P2X4R conduit à une amélioration des capacités mnésiques, unediminution de la concentration de peptide Aβ soluble ainsi qu’à une augmentation d’ApoEmicrogliale.Ces résultats indiquent que P2X4R régule la dégradation d’ApoE par un mécanismedépendant de la cathepsine B, et que son invalidation permet d’améliorer les symptômescognitifs de la maladie d’Alzheimer. / P2X4 receptors (P2X4R) are purinergic ion channels expressed on neurons and microglia inthe central nervous system. They have been widely studied and have been implicated in manyphysiological and pathological processes. Previous studies conducted in the laboratoryrevealed an interaction between P2X4R and the Apolipoprotein E (ApoE), as well as anincrease in ApoE level in primary macrophages and microglia obtained from mice lackingP2X4R. Based on these results, this thesis aimed to decipher the mechanisms underlyingP2X4R regulation of ApoE levels. In addition, ApoE being a major risk factor forAlzheimer’s disease, part of this work investigated potential implications of P2X4R in thispathology.Results show that P2X4R modulates cathepsin B activity, which in turn promotes ApoElysosomal degradation. APP/PS1 mice lacking P2X4R show an increase in cognitiveperformances, a decrease in soluble Aβ peptide and an increase of microglia ApoE level.These results support that P2X4R modulates ApoE degradation in a cathepsin B-dependantmanner and that its invalidation leads to an improvement in Alzheimer’s pathology.

Les démences sont un problème grandissant dans le monde, principalement à cause du vieillissement de la population. En 2019, ces maladies représentaient la septième cause de décès dans le monde selon l'OMS. D'ici 2050, il est projeté que plus de 130 millions de personnes recevront un diagnostic de démence, dont 70% des cas seront de la maladie d'Alzheimer. Cette maladie, touchant particulièrement les femmes, est caractérisée par l'accumulation d'anormalités protéiques dans le cerveau, soit les plaques d'amyloïde bêta et les enchevêtrements neurofibrillaires de protéine Tau phosphorylée, ainsi que d'une perte synaptique menant à l'apparition de déficits cognitifs chez les patients. Bien que les mutations sur les gènes APP, PSEN1 et PSEN2 soient reconnus comme étant la cause de la forme familiale de la maladie, plus de 95% des cas sont sporadiques et les causes demeurent toujours inconnues à ce jour. Cependant, les études d'association pangénomiques commencent à identifier de nombreux facteurs de prédispositions, dont des mutations sur plusieurs gènes directement liés à la réponse immunitaire cérébrale. Parmi ces facteurs de risque, la mutation R47H sur le gène Trem2, un récepteur exclusivement exprimé par les microglies dans le SNC, a retenu l'attention. Les patients porteurs de cette mutation souffrent d'une forme particulièrement agressive de la pathologie. Également, les recherches récentes montrent que l'intensité des déficits cognitifs corrèle avec l'accumulation de formes pathologiques de Tau. Notre laboratoire s'est donc intéressé à cet aspect de la maladie. Sachant que les microglies, étant le macrophage résident du SNC, jouent un rôle central dans l'établissement de la réponse immunitaire et que Trem2 est un facteur central au niveau du changement phénotypique de la microglie vers un état d'activation, nous avons posé l'hypothèse que Trem2 est un facteur essentiel au niveau de la réponse microgliale efficace contre les formes pathologiques de la protéine Tau. Pour valider cette hypothèse, nous avons procédé à une série de tests comportementaux dans le modèle murin de démence hTau et avec des animaux hTau Trem2$^\textup{-/-}$. En effet, l'absence de Trem2 affecte les déficits cognitifs, principalement au niveau de l'anxiété. Cependant, l'âge avancé demeure le facteur de risque le plus important de la maladie. Sachant que l'accumulation de débris de myéline est un phénomène observé dans le cerveau vieillissant, nous nous sommes questionnés sur l'impact des défauts de myélinisation sur la pathologie de Tau. De plus, sachant que Tau est une protéine axonale assurant normalement la stabilité des microtubules et que l'intégrité des axones est essentielle afin d'assurer une myélinisation efficace, nous avons émis l'hypothèse que la protéine Tau est essentielle au maintien de l'homéostasie cérébrale via entre autres la myélinisation. En effet, nos résultats montrent que la déficience en Tau mène à une quantité de myéline moindre dans le cortex dans un contexte de vieillissement à l'état basal, mais également dans le cortex et le corps calleux après un épisode de démyélinisation. De plus, l'absence de Tau est liée à une exacerbation des dommages subis sur les neurones du corps calleux caudal et rostral par un épisode de démyélinisation de cinq semaines. Ce mémoire montre donc l'implication de Trem2 au niveau de l'exacerbation des déficits cognitifs et de l'anxiété chez le modèle murin hTau, ainsi que l'implication de la protéine Tau dans les processus de myélinisation ainsi que dans la limitation de dommages subis sur les axones à la suite d'un épisode de démyélinisation toxique. / Dementia is a growing problem worldwide, primarily due to the aging population. In 2019, dementia was the 7th leading cause of death globally, according to the World Heath Organisation. By 2050, it is projected that over 130 million people will suffer from dementia, with 70% of cases being Alzheimer's disease diagnoses. This progressive neurodegenerative disease, which disproportionately affects women, is characterized by the accumulation of abnormal proteins structures, such as beta-amyloid plaques and neurofibrillary tangles of phosphorylated Tau protein, accompanied by synaptic loss. These three hallmarks lead to cognitive deficits in patients, that eventually completely loss their autonomy. While mutations in the APP, PSEN1, and PSEN2 genes are known to cause the familial form of the disease, over 95% of cases are sporadic and their causes remain unknown. However, large-scale genomic studies are beginning to identify numerous predisposing factors, including mutations in several genes directly related to the brain immune response. Among these risk factors, the R47H mutation in the Trem2 gene, a receptor exclusively expressed by microglia in the central nervous system (CNS), has garnered attention because patients carrying this mutation suffer from a particularly aggressive form of the pathology. Given that microglia, as the resident macrophages of the CNS, play a central role in immune response and that Trem2 is crucial in phenotypic changes of microglia towards an "activated" state, our hypothesis was that Trem2 is essential in the effective microglial response against pathological forms of Tau protein. To validate this hypothesis, we conducted a series of behavioral tests in hTau and hTau Trem2$^\textup{-/-}$ animals. Indeed, the absence of Trem2 affects cognitive deficits, particularly anxiety-related behaviors. We also explored the involvement of Tau protein in brain myelination processes. Advanced age remains the most significant risk factor for the disease. Knowing that myelin debris accumulation is a phenomenon observed in the aging brain, we questioned the impact of myelination defects on Tau pathology. Furthermore, knowing that Tau is an axonal protein normally responsible for the stability of microtubules and that the integrity of axons is essential for effective myelination, we hypothesized that Tau protein is essential for maintaining cerebral homeostasis, among other things, through myelination. Indeed, our results show that Tau deficiency leads to a reduced amount of myelin in the cortex in the context of basal aging, but also in the cortex and corpus callosum after an episode of demyelination. Additionally, the absence of Tau is linked to an exacerbation of the damage sustained by the neurons of the caudal and rostral corpus callosum from a five-week demyelination episode. This thesis thus demonstrates the involvement of Trem2 in the exacerbation of both cognitive deficits and anxiety in hTau mouse model, as well as the involvement of the Tau protein in myelination processes and in limiting damage to axons following a toxic demyelination episode

Les cellules microgliales, sont les macrophages résidents du système nerveux central (SNC), et sont issues principalement des macrophages du sac vitellin, générés dès les premiers stades du développement embryonnaire. À leur arrivée dans le SNC, ces cellules subissent une phase de prolifération massive, permettant l'établissement de la population microgliale et la colonisation du SNC. Cette phase de prolifération revêt une importance capitale pour le processus de développement normal du cerveau, car les cellules microgliales interviennent dans la régulation de divers processus neurodéveloppementaux. Après cette phase de prolifération, une densité stable de cellules microgliales est atteinte, et est maintenue tout au long de la vie adulte grâce à un faible taux de prolifération qui favorise le renouvellement de la population. De plus, la prolifération des cellules microgliales constitue également un élément central dans la réponse du SNC face aux infections, aux traumatismes, et à la neurodégénérescence. Dans ces contextes de neuroinflamamtion, l'activationmicrogliale est accompagnée par l'expansion de la population microgliale, principalement par la prolifération de ces cellules. Cette expansion microgliale a pour but d'assurer un nombre suffisant de cellules pour protéger et restaurer l'homéostasie du SNC. La prolifération microgliale est donc une composante importante du développement du SNC et de la réponse immunitaire, ce qui en fait un processus complexe finement orchestré par une cascade d'événements transcriptionnels régissant l'expression ou la suppression de gènes spécifiques. Effectivement, la régulation transcriptionnelle est influencée par une variété de facteurs, incluant des molécules régulatrices qui déclenchent l'activation de différentes voies de signalisation essentielles, qui coordonnent l'activité de plusieurs facteurs de transcription nécessaires à la prolifération. De plus, la régulation de la transcription est également conditionnée par des interactions complexes entre les facteurs de transcription et les éléments régulateurs de la transcription, les promoteurs et les éléments amplificateurs. Cependant, malgré les progrès réalisés, notre compréhension des mécanismes qui régulent la prolifération des cellules microgliales au niveau transcriptionnel reste largement incomplète. Ainsi, il est essentiel de définir une signature génique spécifique des cellules microgliales en phase de prolifération et de déterminer les programmes d'expression génique qui coordonnent cette prolifération dans divers contextes physiologiques et pathologiques. En outre, il est important d'identifier les facteurs de transcription responsables de la coordination de ces programmes transcriptionnels et de caractériser leurs interactions avec les éléments régulateurs de la transcription. Nous avons donc analysé la prolifération des cellules microgliales pendant le développement postnatal et dans un modèle de déplétion-repopulation microgliale. Cette analyse nous a permis de mettre en évidence l'existence d'un programme transcriptionnel essentiel pour une prolifération efficace des cellules microgliales. Ce programme s'intègre à divers autres programmes transcriptionnels actifs dans un contexte spécifique, et est influencé par le microenvironnement cérébral. Par ailleurs, nous avons identifié deux mécanismes distincts de la régulation transcriptionnelle de la prolifération : le premier induit une augmentation de l'expression des gènes déjà présents dans les cellules microgliales non prolifératives (gènes C1), tandis que le second favorise l'expression de nouveaux gènes associés aux différentes phases du cycle cellulaire (gènes C2). Ces mécanismes sont régulés par une combinaison de facteurs de transcription généraux et spécifiques. Enfin, il a été déterminé que la régulation de l'expression génique pendant la prolifération microgliale est principalement axée sur les promoteurs, avec une contribution moindre des éléments amplificateurs de la transcription. / Microglial cells are the resident macrophages of the central nervous system (CNS) and primarily originate from yolk sac macrophages, generated in theearly stages of embryonic development. Upon their arrival in the CNS, these cells undergo a phase of massive proliferation, allowing for the establishment of the microglial population and colonization of the CNS. This proliferation phase is of crucial importance for the normal brain development process, as microglial cells play a role in regulating various neurodevelopmental processes. Following this proliferation phase, a stable density of microglial cells is achieved and maintained throughout adulthood due to a low proliferation rate that promotes population renewal. Moreover, the proliferation of microglial cells also constitutes a central element in the CNS response to infections, injuries, and neurodegeneration. In these contexts of neuroinflammation, microglial activation is accompanied by the expansion of the microglial population, primarily through the proliferation of these cells. This microglial expansion aims to ensure enough cells to protect and restore CNS homeostasis. Therefore, microglial proliferation is an important component of CNS development and immune response, orchestrated by a cascade of transcriptional events governing the expression or suppression of specific genes. Transcriptional regulation is influenced by various factors, including regulatory molecules that trigger the activation of different essential signalling pathways, coordinating the activity of several transcription factors necessary for proliferation. Additionally, transcriptional regulation is conditioned by complex interactions between transcription factors and regulatory elements such as promoters and enhancers. However, despite progress, our understanding of the mechanisms regulating microglial cell proliferation at the transcriptional level remains incomplete. Thus, it is essential to define a specific gene signature of proliferating microglial cells and determine the gene expression programs coordinating this proliferation in various physiological and pathological contexts. Additionally, it is important to identify the transcription factors responsible for coordinating these transcriptional programs and characterize their interactions with transcriptional regulatory elements. Therefore, we analyzed the proliferation of microglial cells during postnatal development and in a microglial depletion-repopulation model. This analysis revealed the existence of an essential transcriptional program for efficient microglial cell proliferation. This program integrates with various other transcriptional programs active in specific contexts and is influenced by the cerebral microenvironment. Moreover, we identified two distinct mechanisms of transcriptional regulation of proliferation: the first induce an increase in the expression of genes already present in non-proliferative microglial cells (C1 genes), while the second promotes the expression of new genes associated with different phases of the cell cycle (C2 genes). These mechanisms are regulated by a combination of general and specific transcription factors. Finally, it was determined that the regulation of gene expression during microglial proliferation primarily focuses on promoters, with a lesser contribution from transcriptional enhancers.

Négligées pendant des siècles, les cellules gliales révolutionnent notre conception du système nerveux. En effet, ces cellules pourraient être des éléments clés dans le développement de plusieurs maladies et depuis quelques années elles apparaissent comme des modulateurs importants dans la transmission des signaux nociceptifs. Ces cellules une fois « activées » pourraient contribuer à l'initiation et au maintien de la douleur neuropathique. Dans la présente étude, nous avons caractérisé le patron temporel et spatial de la prolifération gliale, l'une des plus marquantes caractéristiques de l'activation gliale, dans le cadre d'un modèle neuropathique induit par la lésion d'un nerf périphérique. En se servant du bromodeoxyuridine (BrdU) comme marqueur mitotique, nous avons analysé la prolifération des cellules dans la moelle épinière, identifié le phénotype des cellules en division, et retracé leur destinée cellulaire, en faisant une corrélation avec les phénomènes comportementaux typiques chez les animaux présentant une douleur neuropathique. Nos résultats ont démontré qu'une lésion de nerf périphérique induit une prolifération cellulaire précoce et transitoire dans la moelle épinière du côté ipsilatéral à la lésion. La majorité des cellules en prolifération sont des microglies Iba-1+ , de concert avec quelques progéniteurs d'oligodendrocytes NG2+ , et quelques astrocytes GFAP+ . On a observé une étroite corrélation temporelle et spatiale entre cette prolifération microgliale dans la corne dorsale de la moelle épinière et les réponses de douleur anormalement exagérées, ce qui suggère une importante contribution de la nouvelle microglie à la genèse des symptômes présents dans les cas de douleur neuropathique. / Neglected for centuries, glial cells are revolutionizing our understanding of the nervous system. Indeed, these cells could be key players in the development of many diseases and in recent years they have appeared as important modulators in the transmission of nociceptive signals. These cells once "activated" could contribute to the initiation and maintenance of neuropathic pain. In this study, we characterized the temporal and spatial pattern of glial proliferation, one of the most striking features of glial activation, in the context of a neuropathic pain model induced by peripheral nerve injury. Using bromodeoxyuridine (BrdU) as a mitotic marker, we analyzed cell proliferation in the spinal cord, identified the phenotype of dividing cells, and traced their fate, and correlated these phenomena with behavioral assays of the neuropathic pain syndrome. Our results demonstrated that peripheral nerve injury induced an early and transient cell proliferation, on the spinal cord ipsilateral to the nerve lesion. The majority of proliferating cells are microglia Iba-1+ , together with a few progenitors of oligodendrocytes NG2+ , and a few GFAP+ astrocytes. There was a close temporal correlation between microglial proliferation in the spinal cord dorsal horn and the abnormal pain responses, suggesting a contribution of the new microglia to the genesis of neuropathic pain symptoms.

Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2025 / Le transfert d'état affectif, relatif à l'empathie, est nécessaire aux mammifères sociaux dans l'organisation et le fonctionnement de groupe, basés sur la familiarité. Il leur permet de faciliter les interactions sociales et de créer des liens. La détection de signes de communication non-verbaux et la communication sont toutes deux médiées par l'olfaction chez les souris. Le lien entre olfaction et transfert d'état affectif étant déjà établi dans la littérature, la façon dont l'olfaction agit sur les comportements liés à l'empathie reste élusive. Nous avons procédé à des tests de préférence social et utilisé diverses techniques de microscopie, de marquage, de traçage et de pharmaco-génétique afin d'élucider le rôle de l'olfaction dans le transfert d'état affectif. Nous avons trouvé que les souris ont une préférence pour leur compagnon de cage malade par rapport à un compagnon en bonne santé ou à une souris étrangère malade. Ce phénotype comportemental est régulé par un circuit neuronal qui implique une connexion directe entre le bulbe olfactif et le cortex préfrontal, ce dernier jouant un rôle central et nécessaire à cette préférence. Les troubles neurodéveloppementaux liés avec l'empathie sont aussi associés à l'activité des microglies, cellules immunitaires résidentes du système nerveux central, comme c'est le cas avec les troubles du spectre de l'autisme. Ce lien s'étoffe lorsque l'on comprend l'impact de ce trouble sur l'olfaction mais le lien entre les microglies et l'olfaction dans le cas de comportements liés à l'empathie n'a pas été établi. Les microglies du bulbe olfactif sont continuellement actives en conditions physiologiques basales mais nous ne savons toujours pas pourquoi. Nous avons étudié le rôle des microglies du bulbe olfactif dans le transfert d'état affectif et observé que leur activité diminue lorsque les souris sont exposées sur de longues périodes à une souris malade. Ce phénotype est dépendant du contexte et du sexe. Le circuit neuronal sous-jacent reste à être élucidé. / Affective state transfer, related to empathy, is necessary for social mammals in group organization and functioning, based on familiarity. It allows them to facilitate social interactions and create bonds. Detection of nonverbal cues and communication are both mediated by olfaction in mice. While the link between olfaction and affective state transfer has been already established, the way by which olfaction acts on empathy-related behaviors remains still elusive. We performed social preference tests and used light-sheet microscopy, immunostaining, tracing and chemogenetic techniques to reveal the role of olfaction in the affective state transfer. We found that mice prefer their sick cagemate over a healthy cagemate or stranger sick mouse. This behavioral phenotype is regulated by a neural circuit that link the main olfactory bulb to prefrontal cortex, the latter of which plays a central and necessary role in this affective state transfer. Empathy-related neurodevelopmental disorders are also associated with the activity of microglia, resident immune cells of the central nervous system, as it has been shown for autism spectrum disorders. The role of microglia in the olfactory bulb, that are continuously active in basal physiological conditions, for empathy-related behaviors has yet to be elucidated. We investigated the role of olfactory bulb microglia in the affective state transfer and observed that their activity is decreased when mice are exposed for a long period of time to a sick mouse. This phenotype is context and sex dependent, but the underlying neural circuit remains to be elucidated.

Lors d'études antérieures, l'analyse du transcriptome des cellules micro gliales à l'aide de micropuces à ADN nous a permis d'identifier le récepteur transmembranaire GPR84. Dans la présente étude, nous avons testé l 'hypothèse que la transcription du GPR84 est augmentée dans la microglie durant l'inflammation. Plus précisément, nous avons étudié la régulation du GPR84 dans le cerveau durant une endotoxinémie et une encéphalomyélite autoimmune expérimentale (EAB) . Nos résultats ont montré une augmentation de l'expression du GPR84 au cours de ces deux conditions inflammatoires, et ce uniquement dans la microglie. Nous avons ensuite tenté d'identifier le rôle du GPR84 en testant l 'hypothèse selon laquelle ce récepteur modulerait le développement des symptômes dûs à l'inflammation. À l'aide de souris déficientes en GPR84, nous avons évalué l'influence de ce récepteur durant une EAB, une endotoxinémie et une encéphalite induite par le virus de l 'herpès simplex de type 1. Nous n'avons observé aucune influence du GPR84 dans ces modèles. Nous concluons que le GPR84 est exprimé non spécifiquement dans plusieurs conditions neuroinflammatoires, mais qu'il n'y exerce pas toujours un effet significatif et que son rôle reste inconnu.