La corne dorsale de la moelle épinière contient une population diversifiée de neurones qui sont responsables de l'intégration et de la transmission de l'information liée à la douleur vers le cerveau. L'excitabilité de ces neurones est largement contrôlée par l'acide γ- aminobutyrique (GABA) et la glycine, les deux principaux neurotransmetteurs inhibiteurs du système nerveux central. L'inhibition synaptique conventionnelle est médiée par des récepteurs GABAA et glycine perméables aux chlorures, situés à l’opposé des terminaux présynaptiques. Cependant, un sous-ensemble différent de ces récepteurs est situé à l'extérieur de la synapse et offre une diversité fonctionnelle supplémentaire d'inhibition. Les études présentées dans cette thèse ont utilisé une grande variété d'approches pour explorer deux composantes non conventionnelles de l'inhibition dans la régulation de la transmission liée à la douleur dans la corne dorsale de la moelle épinière. Le premier est le rôle des récepteurs GABAergiques non synaptiques qui produisent une inhibition tonique; le seconde est la régulation des gradients de chlorure intracellulaire qui déterminent la force de l'inhibition GABAergique. Les résultats montrent qu'il existe un gradient d'inhibition à travers la corne dorsale, avec une inhibition plus faible dans les niveaux superficiels, et de plus en plus forte en profondeur. Ceci est démontré par une contribution différentielle des récepteurs GABAA contenant des sous-unités α5 (α5GABAAR) à l'inhibition tonique à travers la corne dorsale de la moelle épinière. L'activité basale de ces récepteurs n'est pas assez forte pour contraindre la sensibilisation à l'information liée à la douleur, mais contribue à la récupération de ces états sensibilisés. Le renforcement de l'activité de αGABAARs ne limite pas non plus la sensibilisation. En revanche, l'activité d'autres récepteurs GABAA producteurs d'inhibition tonique, à savoir ceux contenant des sous-unités δ (δGABAAR), peut être améliorée pour diminuer la sensibilisation dans la corne dorsale. D'autre part, il y a aussi un gradient dans l'homéostasie du chlorure, qui affecte la façon dont les différents neurones intègrent les entrées synaptiques. En fait, j'ai decouvert que l'homéostasie du chlorure module la propension et la stabilité de la plasticité synaptique. Une activité plus élevée de l'extrudeur neuronal du chlorure (KCC2), telle que celle présente dans les niveaux plus profonds de la corne dorsale, est directement liée à une reduction de la potensialisation a long-terme (LTP). Inversement, une faible capacité d'extrusion de chlorure dans les niveaux superficiels conduit à une LTP accentué dans la corne dorsale. En conclusion, j'ai découvert un gradient d'inhibition à travers la corne dorsale qui détermine la sensibilisation de l'information nociceptive. Une inhibition faible aux niveaux superficiels conduit à une plasticité synaptique améliorée et sans contrainte, alors qu'une inhibition plus forte contraint la plasticité aux niveaux plus profonds de la corne dorsale. / The dorsal horn of the spinal cord contains a diverse population of neurons that are responsible for the integration and transmission of pain-related information into the brain. The excitability of these neurons is largely controlled by γ-aminobutyric acid (GABA) and glycine, the two main inhibitory neurotransmitters in the central nervous system. Conventional synaptic inhibition is mediated by chloride-permeable GABAA and glycine receptors, located directly opposite to presynaptic terminals. However, a different subset of these receptors is located outside the synapse and provides further functional diversity of inhibition. The studies presented in this thesis employed a wide variety of approaches to explore two non-conventional components of inhibition in the regulation of pain-related transmission in the dorsal horn of the spinal cord. The first is the role of non-synaptic GABAergic receptors that produce tonic inhibition; the second is the regulation of intracellular chloride gradients that determine the strength of GABAergic inhibition. The results show that there is a gradient of inhibition across the dorsal horn, with weaker inhibition in superficial levels, and increasingly stronger in deeper levels. This is evidenced by a differential contribution of α5 subunit-containing GABAA receptors (α5GABAARs) to tonic inhibition across the dorsal horn of the spinal cord. Importantly, the basal activity of these receptors is not strong enough to counter sensitization of pain-related information but contributes to the recovery from these sensitized states. Enhancing the activity of α5GABAARs also does not constrain sensitization. In contrast, the activity of other tonicinhibition- producing GABAA receptors, namely those that contain δ subunits (δGABAARs), can be enhanced to decrease sensitization in the dorsal horn. On the other hand, there is a also gradient in chloride homeostasis, which affects how different neurons integrate synaptic inputs. In fact, I found that chloride homeostasis modulates the propensity and stability of synaptic plasticity. As such, higher activity of the neuronal chloride extruder (KCC2), such as that present in deeper levels of the dorsal horn, is directly linked to a stable, or constrained, long-term potentiation (LTP). Conversely, low chloride extrusion capacity in superficial levels leads to enhanced and unstable LTP in the dorsal horn. In conclusion, I uncovered a gradient of inhibition across the dorsal horn that shapes the sensitization of nociceptive information. Weak inhibition at superficial levels leads to enhanced and unconstrained synaptic plasticity, whereas stronger inhibition stabilizes plasticity at deeper levels of the dorsal horn

La locomotion est contrôlée par des circuits spinaux qui génèrent le rythme locomoteur et coordonnent les activités musculaires entre la droite et la gauche du corps, et entre les muscles fléchisseurs et extenseurs. De plus, le rétrocontrôle sensoriel acheminé par les afférences proprioceptives et cutanées est crucial pour le fonctionnement normal du circuit locomoteur et pour l’adaptation du mouvement à l’environnement extérieur pendant la marche. La protéine DSCAM (Down Syndrom Cell Adhesion Molecule) est une molécule d’adhérence cellulaire impliquée dans un grand nombre de mécanismes nécessaires à la mise en place des réseaux neuronaux au cours du développement. Bien que DSCAM soit exprimée dans la moelle épinière de façon transitoire pendant le développement embryonnaire de la souris, et que sa mutation entraîne des défauts posturaux et moteurs très marqués, il y a très peu d’information sur son rôle dans le développement du circuit spinal lombaire contrôlant la locomotion. Dans ce contexte, les travaux présentés dans cet ouvrage visent à étudier l’implication de DSCAM dans la mise en place et le maintien du circuit locomoteur spinal. Pour cela, nous avons d’abord évalué les changements neurologiques du circuit spinal lombaire de souris néonatales et adultes mutantes pour DSCAM. Les souris portant la mutation systémique DSCAM2J présentent des problèmes de coordination locomotrice associés à des changements anatomiques et neurophysiologiques dans le circuit interneuronal spinal. Par ailleurs, nous avons étudié l’impact de la mutation DSCAM2J sur la coordination des membres pendant la locomotion de la souris adulte. Nous montrons que la mutation de DSCAM altère la capacité des souris à courir et induit des changements dans leur répertoire locomoteur. En particulier, les souris mutantes DSCAM2J présentent des patrons de marche auparavant jamais décrits pour la souris. De tels changements suggèrent une réorganisation des réseaux neuronaux spinaux et supraspinaux impliqués dans le contrôle locomoteur des souris mutantes DSCAM2J. À l’aide de la technologie Cre-Lox, nous avons alors identifié et caractérisé la contribution de différentes populations interneuronales du circuit locomoteur spinal affectées par la mutation de DSCAM. Nous montrons dans cette étude que la mutation conditionnelle de DSCAM dans les interneurones spinaux excitateurs ou inhibiteurs entraîne un déséquilibre entre excitation et inhibition, induisant des défauts de coordination gauche/droite ou fléchisseur/extenseur, respectivement. Par immunomarquage, nous avons alors génétiquement identifié les populations interneuronales spinales impliquées dans le contrôle de la coordination gauche/droite ou fléchisseur/extenseur nécessaires à la locomotion. L’ensemble des résultats de nos études fonctionnelles, électrophysiologiques et anatomiques suggère que la protéine DSCAM est nécessaire au développement du circuit locomoteur spinal des mammifères. En plus de caractériser les différents rôles de DSCAM dans la mise en place de ce réseau spinal, ce travail montre comment le développement de mutations conditionnelles de DSCAM dans différentes sous-populations neuronales permet d’étudier différentes composantes du circuit locomoteur spinal. / Locomotion is controlled by spinal circuits that generate rhythm and coordinate left-right and flexor-extensor motoneuronal activities. The outputs of motoneurons and spinal interneuronal circuits are shaped by sensory feedback, relaying peripheral signals that are critical to the locomotor and postural control. Several studies in invertebrates and vertebrates have argued that the Down Syndrome Cell Adhesion Molecule (DSCAM) would play an important role in the normal development of neural circuits. Although there is evidence that DSCAM is expressed in the developing mouse spinal cord, and that its mutation induces postural and motor defects in adult mice, little is known about its functional contribution to the spinal circuits underlying locomotion. In this context, the work presented in this thesis aims at studying the implication of DSCAM in the establishment of the spinal locomotor circuit. For this purpose, we first sought to evaluate the neurological changes in the spinal locomotor circuit of neonatal and adult DSCAM mutant mice. We show that a systemic mutation of DSCAM (DSCAM2J) induces locomotor coordination defects associated with anatomical and neurophysiological changes in spinal interneuronal and sensorimotor circuits. We then investigated the functional contribution of DSCAM to locomotor gaits over a wide range of locomotor speeds using freely walking mice. We show that the DSCAM2J mutation impairs the ability of mice to run and modifies their locomotor repertoire, inducing the emergence of aberrant gaits for mice. Such changes suggest a reorganization of spinal and supraspinal neuronal circuits underlying locomotor control in DSCAM2J mutant mice. Finally, we used the Cre-Lox technology to genetically identify and characterize the neuronal populations underlying these functional changes. We show in this study that conditional mutations of DSCAM in either excitatory or inhibitory spinal interneurons induce an imbalance in excitatory-inhibitory signaling across the spinal midline that can impair the spinal locomotor circuit controlling either the bilateral coordination or the flexor/extensor coordination, respectively. Combining these studies with immunostaining experiments, we identified spinal interneuronal subpopulations implicated in either the bilateral or the flexor/extensor coordination during locomotion. Collectively, our functional, electrophysiological, and anatomical studies suggest that the mammalian DSCAM protein is involved in the normal development of the spinal locomotor circuit. In addition to characterizing the different implications of DSCAM in the development of this spinal circuit, this work shows how the use of conditional mutations of DSCAM in different neuronal subpopulations allows the study of the spinal locomotor circuit components.

Les lésions médullaires entraînent un déficit fonctionnel moteur d’importance variable selon leur localisation et leur sévérité. En cas de lésion partielle, il est possible d’observer chez des modèles animaux et des patients un certain degré de récupération fonctionnelle après une période allant de quelques semaines à plusieurs années selon les cas. Cette récupération impliquerait une réorganisation anatomique du circuit locomoteur spinal ainsi que des centres supraspinaux. Parmi ces derniers se trouve la région locomotrice mésencéphalique (MLR) qui est une région fonctionnelle capable d’initier et de moduler la locomotion. Un débat entoure cependant la nature de ses corrélats anatomiques qui pourraient être le noyau cunéiforme (CnF) qui est essentiellement composé de neurones glutamatergiques, le noyau pédonculopontin (PPN) formé de neurones cholinergiques et glutamatergiques, le noyau mésencéphalique profond (MRN/DpMe) qui est glutamatergique et le tegmentum latérodorsal (LDT) formé de populations neuronales semblables au PPN. Des études suggèrent une augmentation des projections de la MLR vers le tronc cérébral après lésion et que les neurones glutamatergiques du CnF sont responsables de l’initiation et de l’accélération de la locomotion. En combinant le traçage rétrograde, la stéréologie et la cinématique, nous mettons en évidence, dans le CnF mais aussi dans le PPN et le LDT contralatésionnels, une augmentation des projections glutamatergiques de la MLR vers la formation réticulée. Étant donné le rôle majeur des neurones glutamatergiques dans la locomotion, leur recrutement pourrait contribuer à la récupération fonctionnelle spontannée observée après lésion médullaire partielle. Une expérience de traçage antérograde nous permettra de confirmer que ces projections glutamatergiques supplémentaires forment bien de nouvelles synapses dans la formation réticulée voire dans la moelle épinière. Ce projet pourrait contribuer à préciser les sites optimaux de stimulation cérébrale profonde de la MLR pour traiter les déficits moteurs causés par les lésions médullaires partielles voire par d’autres pathologies comme la maladie de Parkinson. / Spinal cord injuries cause a functional motor deficit of varying importance depending on their location and their severity. After incomplete spinal cord injury, it is possible to notice in animal models and patients a certain functional recovery occurring on a period going from a few weeks to several years. This recovery may occur thanks to an anatomical reorganization of the spinal locomotor circuit and supraspinal locomotor centers. Among these centers is the mesencephalic locomotor region (MLR) which is a functional region able to initiate and modulate locomotion. Its exact anatomical correlates are still a matter of debate but they could include the cuneiform nucleus (CnF), a cluster of glutamatergic neurons, the pedunculopontine nucleus (PPN) that is cholinergic and glutamatergic, the deep mesencephalic nucleus (MRN/DpMe) that is glutamatergic and the laterodorsal tegmentum which is formed by neuronal populations similar to the PPN. Some studies suggest that there is an increase of projections from the MLR to the brainstem after lesion and that the glutamatergic neurons of the CnF can initiate and accelerate locomotion. Using retrograde tracing, stereological analysis and kinematic, we show, in the CnF but also in the contralesional PPN and LDT, that there is a recruitment of MLR glutamatergic projections to the medullar reticular formation. Considering the major role of glutamatergic neurones in locomotion, this recruitment could contribute to motor functional recovery after incomplete spinal cord injury. An anterograde tracing experiment could then help us to confirm that these “new” projections form synaptic connections in the medullar reticular formation and, maybe, in the spinal cord. This project could contribute to specify the optimal deep brain stimulation sites in the MLR to treat motor deficits caused by incomplete spinal cord injuries and maybe also by other pathologies such as Parkinson’s disease. / Résumé en espagnol

La microscopie optique chez les animaux vivants est un outil de recherche prometteur pour l’avancement de la neurobiologie. L’imagerie intravitale offre un aperçu en direct de la réponse des cellules individuelles aux dommages affectant le système nerveux. Combinée à la vaste gamme de souris transgéniques disponibles commercialement et compatibles avec différents modèles animaux de maladies neurodégénératives, la microscopie in vivo favorise la compréhension du déroulement des pathologies et du fonctionnement des thérapies. Il est capital de travailler à l’émergence de cet outil, qui se présente comme une stratégie dotée d’un énorme potentiel. Le projet de doctorat décrit dans cette thèse porte donc sur le développement et l’utilisation d’une plateforme de microscopie quantitative, multimodale et non linéaire pour l’imagerie de la moelle épinière chez les animaux vivants. Premièrement, nous avons enrayé la dépendance en polarisation de l’intensité du signal de diffusion Raman cohérente (CARS, « coherent anti-Stokes Raman scattering »), de façon à adapter les images à l’interprétation histologique. Nous avons appliqué cette technique afin d’étudier l’histologie de la myéline de la moelle épinière du rat. En second lieu, nous avons proposé une nouvelle procédure d’analyse d’images compatible avec l’imagerie d’animaux vivants, dans le but de faire de l’histologie des axones myélinisés. Nous avons alors quantifié, dans un modèle de blessure par écrasement d’un nerf, la démyélinisation proximale et la remyélinisation distale au site de lésion ex vivo et in vivo respectivement. Troisièmement, nous montrons que l’imagerie de CARS de la moelle épinière de souris vivantes peut être réalisée avec un microendoscope, et ce tout en conservant sa compatibilité avec le signal de fluorescence par excitation à deux photons. Finalement, nous discutons d’une stratégie de traitement numérique d’images pour réduire les artefacts reliés au mouvement de l’animal. Cette technique permet l’étude histologique de la myéline et la quantification de la motilité des cellules microgliales dans leur environnement natif. En définitive, cette thèse démontre que la microscopie de CARS in vivo progresse peu à peu vers un outil grand public en neurobiologie. / Optical microscopy in living animals is a promising research tool for the evolution of neurobiology. Intravital imaging offers a live preview of how individual cells respond to the nervous system damages. Applying in vivo microscopy to a panoply of transgenic mice used with different animal models of neurodegenerative diseases promotes the understanding of the progress of pathologies and the comprehension of how therapies work. It is thus essential to promote the emergence of optical microscopy technologies in living animals because it is a strategy with great potential. Therefore, the project described in this doctoral thesis focuses on the development and use of a microscopy platform for quantitative, multimodal and nonlinear imaging of the spinal cord in living animals. First, we alleviated the polarization dependence of the coherent anti-Stokes Raman scattering (CARS) signal intensity. This strategy makes images more amenable to histological interpretation. With this technique, we studied the histology of myelin in the rat spinal cord. Secondly, we proposed a new image analysis procedure compatible with live animals imaging in order to achieve the histology of myelinated axons. We quantified the demyelination proximal, and remyelination distal to the crush site ex vivo and in vivo respectively. Third, we showed that CARS imaging of the spinal cord in living mice can be achieved with a microendoscope, and this while maintaining compatibility with the two-photon excitation fluorescence signal. Finally, we discuss a digital image processing strategy that reduces imaging artifacts related to movement of the animal. This technique allows the histological study of myelin and the quantification of the motility of microglial cells in their native environment. Ultimately, this thesis demonstrates that in vivo CARS microscopy progresses gradually towards a robust tool for research in neurobiology.

Résumé : Le muscle squelettique étant d’une grande plasticité, il peut être la cible lors de thérapies en réhabilitation motrice. Toutefois, les structures neurales impliquées dans cette plasticité sont encore peu connues. Afin de déterminer si un mécanisme spinal est suffisant pour induire une plasticité musculaire, le nerf innervant le gastrocnémien latéral et le soleus a été sectionné unilatéralement chez 4 chats ayant retrouvé une locomotion au niveau des pattes arrières suite à une spinalisation complète. Des enregistrements électromyographiques et cinématiques ont été enregistrés avant et jusque 8 semaines après dénervation chez ces chats. Des analyses histologiques ont été réalisées pour les deux gastrocnémiens médial et latéral chez les 4 chats spinalisés et chez 4 chats intacts servant de contrôle. Chez les chats spinaux, la durée de cycle pour la patte ispilatérale et controlatérale à la dénervation pouvait être diminuée ou augmentée par rapport aux valeurs de pré-dénervation. Pour la durée de la phase d’appui, elle était généralement augmentée pour la patte controlatérale et diminuée pour la patte ipsilatérale. L’amplitude EMG du MG était augmentée bilatéralement après la dénervation et est restée élevée 8 semaines post dénervation. Concernant le poids des muscles, chez les chats spinaux, le LG ipsilatéral était significativement plus petit que le LG controlatéral alors que le MG ipsilatéral était plus gros que le MG controlatéral. Les analyses histologiques ont montré une plus grande aire pour les fibres de type IIa pour le MG ipsilatéral pour 3 des 4 chats. La densité de capillaires sanguins dans le MG ipsilatéral était aussi plus élevée que dans le MG controlatéral. Pour les chats intacts, aucune différence n’a été observée pour le poids, l’aire des fibres ou la densité capillaire entre les 2 MG. Ces résultats montrent que le muscle squelettique peut s’adapter même après une lésion de la moelle épinière, ce qui souligne l’importance de son utilisation en réhabilitation motrice. / Abstract : Skeletal muscle is highly plastic and can be targeted for motor rehabilitation. Although neural activity potently regulates muscle phenotype, the neural structures required are poorly defined. To determine if a spinal mechanism is sufficient for adaptive muscle plasticity, the nerve supplying the lateral gastrocnemius and soleus muscles was sectioned unilaterally in four cats that had recovered hindlimb locomotion following spinal transection. In these spinal cats, kinematics and electromyography (EMG) were collected before and for 8 weeks after denervation. Muscle histology was performed on the lateral (LG) and medial (MG) gastrocnemii bilaterally in four spinal and four intact cats. In spinal cats, cycle duration for the hindlimb ipsilateral or contralateral to the denervation could be increased or decreased compared to pre-denervation values. Stance duration was generally increased and decreased for the contralateral and ipsilateral hindlimbs, respectively. The EMG amplitude of MG was increased bilaterally following denervation and remained elevated 8 weeks post-denervation. In spinal cats, the ipsilateral LG was significantly smaller than the contralateral LG whereas the ipsilateral MG weighed significantly more than the contralateral MG. Histological characterizations revealed significantly larger fiber areas for Type IIa fibers of the ipsilateral MG in three of four spinal cats. Microvascular density in the ipsilateral MG was significantly higher than the contralateral MG. In intact cats, no differences were found for muscle weight, fiber area or microvascular density between homologous muscles. Results show that skeletal muscle remains remarkably adaptable after complete spinal cord injury, highlighting its importance to maximize force production in motor rehabilitation.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Les douleurs neuropathiques ayant une origine à la suite de blessures traumatiques du SNC ou du SNP sont particulièrement difficiles à traiter en utilisant les moyens thérapeutiques actuellement disponibles. Il est donc nécessaire d'identifier de nouvelles stratégies thérapeutiques. Notre objectif était donc de définir les mécanismes impliqués dans ces douleurs neuropathiques. LIMK1 est l'un des acteurs possibles de la réorganisation épinière qui caractérise les lésions nerveuses. Une fonction très caractérisé de cette protéine, est la phosphorylation d'une famille de protéines appelées « cofilines ». Sa phosphorylation, ce qui induit la réorganisation du cytosquelette d'actine. Récemment, il a été montré qu’un microARN (miARNs) nomé miR-134 régule l'expression de LIMK1 en se liant au messager de LIMK1 (ARNm), inhibant sa traduction en protéine physiologiquement active. Notre hypothèse était que la régulation de LIMK1 par miR-134 pourrait jouer un rôle essentiel dans la sensibilisation à la douleur. Cette régulation pourrait ainsi être liée non seulement à la modulation neurochimique neuronale mais aussi à la plasticité fonctionnelle associée. Au cours de cette thèse, l’HIS a montré une diminution de miR-134 chez des rats SNL (neuropathique), cette sous-expression était concomitante à une augmentation de LIMK1 illustrée par l’IHC. Il est important de noter ici que l'ISH est une méthode de détection connue récemment et qui a été identifiée pour visualiser les miARNs. Des différents protocoles de l’HIS ont également été discutés dans le cadre de cette thèse. Ce résultat a été confirmé par Le qRT-PCR . Par la suite, afin de vérifier les changements comportementaux douloureux induits par miR-134 et LIMK1. Nous avons effectués des injections intrathécales de siRNA anti-LIMK1 pour inhiber l'expression endogène de LIMK1 chez les SNL. C’était intéressant de ne pas avoir trouvé aucun changement comportemenal chez les SNL après ce type d’injection. Une surexpression artificielle de miR-134 en utilisant un précurseur de miR-134 (premiR-134) chez les SNL a montré le même effet. Ensuite, nous avons essayé d'effectuer les mêmes injections chez les Sham (control), et c’était plus intéressant de trouver que ces injections (siRNA LIMK1 et premiR-134) ont provoqué une hypersensibilité douleureuse chez les sham. Cela a été illustré au moyen de deux tests de comportement; le Von Frey (VF) et la distribution pondérale dynamique (DWB). Pour etudier l'effet inverse, nous avons inhibé miR-134 en utilisant une sonde spécifique KD (Knock-Down); une diminution significative inattendue dans le seuil de retrait a été observée avec VF et DWB. qRT-PCR dans la plupart de ces cas, a confirmé la corrélation in vivo entre miR-134 et LIMK1. Enfin, nous avons cherché un mécanisme d'action possible qui pourrait réguler cette modulation. Des données récentes publiées ont montré une implication de l'ADF/cofiline sur le trafic des récepteurs AMPA (AMPAR). En accord avec les résultats mentionnés ci-dessus, la transfection du KD de miR-134 a montré une diminution dans AMPAR adressés à la membrane plasmique. Tout ensemble ces données suggèrent que l'effet antinociceptif de KD de miR-134 et la surexpression de LIMK1 sont indirectement régulé par l'insertion des AMPAR à la membrane plasmique.Il semble que miR-134 exerce un effet différent sur la douleur neuropathique que miR-103, discuté aussi dans le cadre de cette thèse. Il était demontré comme un régulateur de plusieurs cibles, les trois sous-unités formant les canaux calciques de type-L « Cav1.2 LTC ». MiR-103 a été trouvé également réprimés chez les SNL. La surexpression de miR-103 soulage la douleur neuropathique. Contrairement au miR-134, miR-103 exerce un rôle pronociceptive pendant la douleur neuropathique. / Pains having a neuropathic origin following CNS or PNS traumatic injury are particularly difficult to treat using the actually available therapeutic means. It is thus necessary to identify new therapeutic strategies. Hence, our aim was to define the mechanisms implicated in these neuropathic pains. Nervous lesions are characterised by an anatomical reorganization of the neuronal network of the dorsal horn. Neurochemical alterations are also involved. Some of the molecular mechanisms underlying the neuronal plasticity (a main feature of neuropathic pain) have been emphasized here by a variety of complementary technical approaches. LIMK1 is one of the possible actors of this reorganization. Among this protein’s known functions, and the most characterized is the phosphorylation of a family of proteins known as cofilins. Their phosphorylation induces the reorganization of actin cytoskeleton. Recently, it has been shown that a miR-134 miRNA regulates LIMK1 expression by binding to the LIMK1 messenger, inhibiting its translation into physiologically active protein. Our hypothesis is that LIMK1 regulation by miR-134 might play an essential role in pain sensitization by modulating neuron neurochemical reorganization and the associated functional neuronal plasticity. Firstly, by means of IHC and ISH, we studied miR-134/LIMK1 distribution within the dorsal horn of the spinal cord in sham animal (control group) and in neuropathic pain model (SNL model). Important to note here that ISH is a known detection method recently identified to visualize miRNA. Different protocols of ISH were discussed in a part of this thesis. ISH showed a decrease in miR-134 expression in SNL rats concomitantly with an increase in LIMK1 illustrated by IHC. This finding has been confirmed by qRT-PCR techniques. Afterward, in order to check for the possible behavioural-induced changes of miR-134 and LIMK1. We intrathecally injected an anti-LIMK1 siRNA to inhibit endogenous LIMK1 expression in SNL rats. Interestingly no significant changes in pain behaviour have been observed. Artificial overexpression of miR-134 using a PremiR-134, showed the same effect. Then we tried to perform the same injections on sham rats, and more interestingly, siRNA LIMK1 and premiR-134 evoked pain hypersensitivity in shams rats. This was illustrated by means of two behaviour tests; Von Frey (VF) and the Dynamic Weight bearing (DWB). To explore the reverse effect, we inhibited miR-134 using a specific KD probe in SNL rats; unexpectedly a significant decrease in pain withdrawal threshold was observed with VF and DWB. qRT-PCR in most cases confirmed the in vivo correlation between miR-134 and LIMK1. Finally, we searched for the possible mechanism of action that could regulate this modulation. Recent published data showed an involvement of ADF/cofilin on AMPAR trafficking. In line with the above mentioned findings, miR-134 KD transfection showed a decrease in AMPAR addressed to the plasma membrane. Altogether suggest that the antinociceptive effect of miR-134 KD and LIMK1 overexpression are mediated by AMPAR insertion at the plasma membrane. It seems that miR-134 exerts a different effect on neuropathic pain than miR-103 another miRNA discussed within the frame of this thesis. MiR-103 has been proved to regulate multiple targets, the three subunits forming Cav1.2 LTC. Pain sensitization involves Cav1.2 activation which consequently alters gene expression during this form of plasticity. MiR-103 was found downregulated also in the SNL model. Conversely to miR-134, overexpression of miR-103 partially alleviates pain. It decreases pain withdrawal threshold of the Von Frey test. Unlike miR-134, miR-103 exerts a pronociceptive role during neuropathic pain.

La mise en place des projections axonales est une étape clé du développement des circuits de la moelle épinière qui contrôle les fonctions motrices de l’individu. Il s’agit d’un processus complexe impliquant des mécanismes de spécification des neurones moteurs et des signalisations multiples assurant le guidage spécifique de chaque axone jusqu’à sa cible d’innervation. Les Sémaphorines de classe 3 (Sema3) sont des molécules secrétées dans l’environnement qui participent notamment au guidage des axones moteurs de la moelle épinière. De manière surprenante, les motoneurones expriment également eux-mêmes des Sema3. Mon équipe a déjà montré que l’expression intrinsèque de Sema3A par les motoneurones module leur sensibilité au Sema3A de l’environnement. Ce processus s’effectue par une régulation du niveau de son récepteur à la surface du cône de croissance, la structure terminale de l’axone responsable de la perception des signaux de guidage extracellulaires (Moret et al., 2007). Quelle est la portée de ce nouveau mécanisme modulatoire et peut-il être généralisé à d’autres membres de la famille des Sema3 exprimés dans les motoneurones ? Mon travail de thèse a permis de mettre en évidence ce rôle modulatoire d’un autre membre de la famille Sema3 : Sema3C, dons l’expression est restreinte à une sous-population de motoneurones, en plus d’une expression environnementale. Par des expériences de gain et de perte de fonction dans l’embryon de poulet, nous avons montré que l’expression motoneuronale de Sema3C module de manière différentielle ses deux récepteurs du niveau de récepteur entraînent une modulation de réponse à Sema3C mais aussi à Sema3A et Sema3F, qui se fixent respectivement sur Nrp1 et Nrp2. De plus, nous avons étudié la portée de ce mécanisme de modulation dans l’innervation des membres de l’embryon de poulet, ce modèle permettant l’étude des projections motoneuronales dans un environnement riche en Sema3. Ainsi, l’analyse in vivo des embryons de poulet pour lesquels l’expression intrinsèque de Sema3C dans les motoneurones a été manipulée a permis de montrer que la modulation de réponse aux Sema 3 de l’environnement contribue au positionnement stéréotypé des projection motrices dans le membre antérieur. Ce travail permet donc de proposer que l’expression d’un code de Sema 3 par les motoneurones confère aux différentes sous-populations une sensibilité spécifique aux gradients de Sema 3 présents dans l’environnement et assure ainsi une trajectoire stéréotypée des axones moteurs jusque dans leur territoire cible. / During spinal circuit’s development, the implementation of axonal projections is a key step as it ensures the integrity of motor functions. This complex process implicates several mechanisms such as motoneuton specification and various signaling cascades in order to guide specifically each axon toward its innervation target. Class 3 Semaphorins (Sema3s) are chemotactic cues, secreted in the environment, and contributing to the guidance of spinal motor axons. Surprisingly, these Sema3s are also expressed by motoneurons themselves. Previous work in our team showed that intrinsic expression of Sema 3A. This process arises from the regulation of its receptor availability at the growth cone surface, the terminal end of the axon that enables sensing of extracellular signals (Moret et al., 2007). But in what extent can we generalize this mechanism to other members of the Sema3 family, and what impact could it have, in vivo, during development? My PhD work revealed the modulatory role of another Sema3, Sema3C, expressed in a restricted motoneuronal subpopulation as well as in the environment. By again and loss of function experiments in the chick embryo, we showed that motoneuronal expression of Sema3C modulates differentially its two Neuropilin receptor level, Nrp1 and, Nrp2, at the growth cone surface. These variations of receptors’ availability lead to a response modulation to extrinsic Sema3, but also to Sema3A and Sema3F, that bind to Nrp1 and Nrp2, respectively. Moreover, we analyzed the role of such modulation mechanisms during limb innervation in the chick embryo. Indeed, this model enables the study of motor axon growth in a complex Semaphorin environment. In vivo analysis of chick embryos after intrinsic Sema3C manipulations revealed that response modulation to environmental Sema3s takes part in the stereotyped positioning motor axon projections in the forelimb. Hence, this Study suggest a model in which the expression of a Semaphorin code by motoneurons enables specific subpopulations to modulate their sensitivity Sema3 gradients expressed in their environment, thus contributing to the stereotyped trajectories of motor axon projections towards their final target.