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.

L'ischémie cérébrale induit une réponse inflammatoire aiguë et prolongée caractérisée par la production de cytokines, l'infiltration de leukocytes dans le cerveau, ainsi que l'activation des cellules gliales résidentes dont les microglies. Les microglies sont impliquées dans l'élimination des débris cellulaires, la production de cytokines proinflammatoires et de facteurs trophiques. Un rôle neuroprotecteur des microglies suite à une dégénérescence du SNC est proposé dans la littérature. Cependant, l'activation des cellules microgliales est aussi associée avec la sécrétion de molécules toxiques et l'atténuation de l'activation microgliale est bénéfique dans certaines maladies neurodegeneratives. Dans l'ischémie cérébrale, le rôle de la prolifération microgliale et de la dynamique de la réponse inflammatoire reste méconnu. L'analyse de la souris CDllb-TKmut³⁰ après l'ischémie cérébrale, a permis de montrer que l'élimination sélective des microglies en prolifération amplifie la réponse inflammatoire après l'ischémie cérébrale et augmente la taille de la lésion ischémique. La caractérisation de cette population a permis de déterminer que les premières cellules microgliales à proliférer sont les cellules résidentes exprimant le marqueur d'activation galectine-3. De plus, après l'ischémie cérébrale, cette population sert de source endogène d'IGF-1, une molécule neurotrophique. L'inactivation génétique de la galectine 3 chez la souris a permis de confirmer le rôle bénéfique de cette population microgliale ainsi que de lien potentiel entre la galectine 3 et l'induction de la réponse mitogénique d'IGF-1. De plus, l'étude longitudinale de l'activation des microglies à l'aide la souris transgénique TLR2-Fluc-GFP a permis de montrer que l'activation microgliale après l'ischémie cérébrale est biphasique et perdure plusieurs mois après l'attaque initiale. Deux sites majeurs d'activation ont pu aussi être détectés : la région ischémique et le bulbe olfactif. D'ailleurs, l'augmentation de signal au site de la lésion ischémique est toujours précédée par une augmentation significative du signal TLR2 dans le bulbe olfactif. Par leur position anatomique particulière, les cellules microgliales du bulbe olfactif sont plus sensibles aux signaux provenant autant de l'environnement que de l'intérieur du cerveau et pourraient servir de senseurs et/ou modulateurs de l'inflammation cérébrale. Les résultats obtenus par l'étude de différents modèles de souris transgéniques ont permis de montrer la dynamique de la réponse inflammatoire, le rôle neuroprotecteur des microglies en prolifération et le lien potentiel entre la galectine 3 et le facteur neuroprotecteur IGF-1

La douleur neuropathique suite à une lésion d'un nerf périphérique est une condition répandue pour laquelle aucun traitement efficace n'est disponible. Sans nier le rôle joué par les neurones au niveau du système nerveux central (SNC), des données récentes ont démontré la participation active des cellules gliales dans le développement de la douleur neuropathique. En effet, des études ont montré un rôle critique des cellules gliales dans l'initiation et la maintenance de l'hypersensibilité liée à la douleur. Cependant, les origines de ces cellules gliales activées et les déclencheurs de leur activation n'ont pas encore été élucidés. Nous avons démontré dans cette étude que suite à une blessure au nerf périphérique, causée par la ligation partielle du nerf sciatique, en plus des l'activation de microglies résidentes du SNC, les cellules hématogènes, macrophages/monocytes, infiltrent la moelle épiniere, prolifèrent et se différencient en microglies ramifiées. La signalisation entre la chimiokine "monocyte chemoattractant protein-1" (MCP-1, CCL2) et son récepteur CCR2 est critique dans l'activation des cellules microglials de la moelle épiniere. En effet, l'injection intrathécale de MCP-1 exogène entraine l'activation des microglies chez des souris sauvages, mais pas chez des souris déficientes en CCR2. De plus, un traitement avec un anticorps neutralisant dirigé contre MCP-1 a empêché l'infiltration de cellules microglials dérivées de la moelle osseuse (MDMO) dans la moelle épiniere après le dommage du nerf sciatique. En utilisant les souris CCR2 knock-out-sélectif dans la microglie résidente ou la MDMO, nous avons constaté que, bien que des souris CCR2 knock-out-total n'ont pas développé l'activation microgliale ni l'allodynie mécanique, l'expression de CCR2 soit dans les microglies résidentes ou dans les MDMO est suffisante pour le développement d'allodynie mécanique. Ainsi, pour soulager de façon efficace la douleur neuropathique, il faut viser non seulement la microglie résidente du SNC, mais aussi la microglie provenant de la circulation sanguine. Ces découvertes ouvrent la porte pour une nouvelle stratégie thérapeutique: on peut profiter de la capacité naturelle des cellules dérivées de la moelle osseuse qui s'infiltrent sélectivement des régions affectées du SNC en utilisant ces cellules comme le véhicule pour la livraison de médicaments afin de contrôler l'hypersensibilité et la douleur chronique.

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.

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.

L’excitotoxicité est un processus pathologique responsable de la mort neuronale dans plusieurs désordres neurologiques. La mort des neurones par excitotoxicité libère dans le milieu extracellulaire des molécules capables d’activer les microglies adjacentes aux sites lésés. L’activation du système immunitaire suite à une blessure cérébrale est généralement vue comme nocive pour les neurones. Les récepteurs toll-like (TLR) font partie des principaux récepteurs responsables de la reconnaissance des dommages cérébraux après une lésion excitotoxique. Les résultats de ce mémoire démontrent qu’un préconditionnement induit par l’injection systémique d’un ligand TLR2 ou TLR4 permet d’augmenter la survie neuronale face à une lésion excitotoxique. La neuroprotection est dépendante de la signalisation MyD88 et est associée avec une activation microgliale bénéfique. Des souris chimériques pour les cellules de la moelle osseuse ont révélé que la signalisation MyD88 au niveau des cellules résidentes du système nerveux central joue un rôle favorable dans la survie neuronale contre l’excitotoxicité. / Excitotoxicity is a pathological process responsible for the death of neurons as observed in multiple neurological disorders. This process releases danger signals in the extracellular space that alert and activate surrounding microglial cells. Immune system activation following acute brain injury is often considered detrimental, contributing to further neuronal damage. Toll-like receptors (TLR) are among the main receptors that recognize cell damage and initiate an inflammatory response following cell damage. The study presented in this report shows that a systemic injection of a TLR2 or TLR4 agonist induces a state of preconditioning that increases neuron survival against acute excitotoxicity. The neuroprotective effects are associated with a beneficial activation of microglial cells and depend upon MyD88 signaling. Furthermore, bone marrow chimeric mice revealed that MyD88 signaling in cells of the central nervous system has a protective effect against excitotoxicity.

Depuis sa réémergence durant l'épidémie de 2013-2017 dans les régions du Pacifique et des Amériques, le virus Zika a été associé à plusieurs complications neurologiques chez l'adulte. L'immunité innée représente une composante importante de la réponse immunitaire au sein du système nerveux central (SNC). Nous avons donc postulé que les microglies, macrophages résidents du SNC, jouent un rôle actif dans le développement de la réponse initiale à l'infection du cerveau mature par le virus Zika. Nous avons utilisé un modèle murin non létal, déficient pour des composantes de l'immunité innée, pour étudier le rôle des microglies dans la pathogénèse et la réponse immunitaire lors de l'infection du SNC. Les souris infectées présentaient une virémie et une charge virale cérébrale élevées sans manifestations cliniques de l'infection. Une analyse immunohistochimique a montré que le virus Zika était distribué dans plusieurs régions du cerveau, particulièrement dans l'hippocampe dorsal. Dans cette région, le nombre de microglies est demeuré stable après l'infection, mais elles montraient des caractéristiques morphologiques compatibles avec un état de réactivité. Une analyse ultrastructurelle en microscopie électronique a révélé que les microglies présentaient une activité phagocytaire et une digestion extracellulaire accrues durant l'infection. La déplétion pharmacologique des microglies a provoqué une augmentation de la réplication virale et les astrocytes présentaient une activité phagocytaire compensatoire. Dans l'ensemble, ces résultats montrent que les microglies sont impliquées dans le contrôle de la réplication du virus Zika et dans son élimination phagocytaire au sein du SNC de souris jeunes adultes immunodéficientes. / Since its re-emergence during the 2013-2017 epidemic across the Pacific and the Americas, Zika virus has been associated with several neurological complications in adults. Because innate immunity is an important component of the immune response within the central nervous system (CNS), we postulated that microglia, the resident macrophages of the CNS, play an active role in the development of the initial response to infection of the mature brain with Zika virus. We used a non-lethal mouse model deficient in components of innate immunity to study the role of microglia in the pathogenesis and immune response of Zika virus infection of the CNS. Infected mice developed elevated viremia and brain viral load without showing clinical signs of infection. Immunohistochemical analysis showed that Zika virus was distributed in several regions of the brain, predominantly in the dorsal hippocampus. In this region, the number of microglia remained steady after infection with Zika virus, but microglia adopted morphological characteristics consistent with a state of reactivity. Ultrastructural analysis by electron microscopy revealed that microglia exhibited increased phagocytic activity and extracellular digestion during infection. Pharmacological depletion of microglia caused an increase in viral replication and astrocytes exhibited compensatory phagocytic activity. Taken together, these results show that microglia are involved in the control of Zika virus replication and its phagocytic elimination within the brain of immunodeficient young adult mice.