Le taux de survie des nourrissons prématurés s’est amélioré de façon manifeste grâce à la formation des soignants, à la régionalisation des soins prodigués au nourrisson prématuré et à une amélioration de la technologie disponible aux professionnels de la santé. Malheureusement, malgré ces avancées, on a observé peu de changement correspondant au taux de morbidité néonatale. Le suivi neurodéveloppemental est un domaine de recherche important, surtout à la lumière de nouvelles preuves qui indiquent que, jusqu’à l’âge de 6 ans, la croissance de la période prénatale est rapide, dramatique, et permet de façonner les suivis à long terme de l’enfant. Dans ce domaine, aucune étude ne porte sur le développement de l’enfant prématuré nord-ontarien. De plus, cette population est particulière parce qu’une proportion significative est exposée à un environnement bilingue dans un contexte linguistique minoritaire. Cette étude vise à 1) décrire les enfants nés prématurément et évalués par le Programme de suivi (PS) à l’hôpital Horizon Santé-Nord; 2) comparer les résultats neurodéveloppementaux en langage des francophones aux anglophones et 3) vérifier si certains facteurs biomédicaux et sociodémographiques permettent de distinguer les enfants prématurés affichant un retard neurodéveloppemental des enfants prématurés qui se développent de façon typique.

Quelque 30 % de la population neuronale du cortex mammalien est composée d’une population très hétérogène d’interneurones GABAergiques. Ces interneurones diffèrent quant à leur morphologie, leur expression génique, leurs propriétés électrophysiologiques et leurs cibles subcellulaires, formant une riche diversité. Après leur naissance dans les éminences ganglioniques, ces cellules migrent vers les différentes couches corticales. Les interneurones GABAergiques corticaux exprimant la parvalbumin (PV), lesquels constituent le sous-type majeur des interneurones GABAergiques, ciblent spécifiquement le soma et les dendrites proximales des neurones principaux et des neurones PV+. Ces interneurones sont nommés cellules à panier (Basket Cells –BCs) en raison de la complexité morphologique de leur axone. La maturation de la connectivité distincte des BCs PV+, caractérisée par une augmentation de la complexité de l’axone et de la densité synaptique, se déroule graduellement chez la souris juvénile. Des travaux précédents ont commencé à élucider les mécanismes contrôlant ce processus de maturation, identifiant des facteurs génétiques, l’activité neuronale ainsi que l’expérience sensorielle. Cette augmentation marquante de la complexité axonale et de la synaptogénèse durant cette phase de maturation suggère la nécessité d’une synthèse de protéines élevée. La voie de signalisation de la cible mécanistique de la rapamycine (Mechanistic Target Of Rapamycin -mTOR) a été impliquée dans le contrôle de plusieurs aspects neurodéveloppementaux en régulant la synthèse de protéines. Des mutations des régulateurs Tsc1 et Tsc2 du complexe mTOR1 causent la sclérose tubéreuse (TSC) chez l’humain. La majorité des patients TSC développent des problèmes neurologiques incluant des crises épileptiques, des retards mentaux et l’autisme. D’études récentes ont investigué le rôle de la dérégulation de la voie de signalisation de mTOR dans les neurones corticaux excitateurs. Toutefois, son rôle dans le développement des interneurones GABAergiques corticaux et la contribution spécifique de ces interneurones GABAergiques altérés dans les manifestations de la maladie demeurent largement inconnus. Ici, nous avons investigué si et comment l’ablation du gène Tsc1 perturbe le développement de la connectivité GABAergique, autant in vitro que in vivo. Pour investiguer le rôle de l’activation de mTORC1 dans le développement d’une BC unique, nous avons délété le gène Tsc1 en transfectant CRE-GFP dirigé par un promoteur spécifique aux BCs dans des cultures organotypiques provenant de souris Tsc1lox. Le knockdown in vitro de Tsc1 a causé une augmentation précoce de la densité des boutons et des embranchements terminaux formés par les BCs mutantes, augmentation renversée par le traitement à la rapamycine. Ces données suggèrent que l’hyperactivation de la voie de signalisation de mTOR affecte le rythme de la maturation des synapses des BCs. Pour investiguer le rôle de mTORC1 dans les interneurones GABAergiques in vivo, nous avons croisé les souris Tsc1lox avec les souris Nkx2.1-Cre et PV-Cre. À P18, les souris Tg(Nkx2.1-Cre);Tsc1flox/flox ont montré une hyperactivation de mTORC1 et une hypertrophie somatique des BCs de même qu’une augmentation de l’expression de PV dans la région périsomatique des neurones pyramidaux. Au contraire, à P45 nous avons découvert une réduction de la densité des punctas périsomatiques PV-gephyrin (un marqueur post-synaptique GABAergique). L’étude de la morphologie des BCs en cultures organotypiques provenant du knock-out conditionnel Nkx2.1-Cre a confirmé l’augmentation initiale du rythme de maturation, lequel s’effondre ensuite aux étapes développementales tardives. De plus, les souris Tg(Nkx2.1Cre);Tsc1flox/flox montrent des déficits dans la mémoire de travail et le comportement social et ce d’une façon dose-dépendante. En somme, ces résultats suggèrent que l’activation contrôlée de mTOR régule le déroulement de la maturation et la maintenance des synapses des BCs. Des dysfonctions de la neurotransmission GABAergique ont été impliquées dans des maladies telles que l’épilepsie et chez certains patients, elles sont associées avec des mutations du récepteur GABAA. De quelle façon ces mutations affectent le processus de maturation des BCs demeuret toutefois inconnu. Pour adresser cette question, nous avons utilisé la stratégie Cre-lox pour déléter le gène GABRA1, codant pour la sous-unité alpha-1 du récepteur GABAA dans une unique BC en culture organotypique. La perte de GABRA1 réduit l’étendue du champ d’innervation des BCs, suggérant que des variations dans les entrées inhibitrices en raison de l’absence de la sous-unité GABAAR α1 peuvent affecter le développement des BCs. La surexpression des sous-unités GABAAR α1 contenant des mutations identifiées chez des patients épileptiques ont montré des effets similaires en termes d’étendue du champ d’innervation des BCs. Pour approfondir, nous avons investigué les effets de ces mutations identifiées chez l’humain dans le développement des épines des neurones pyramidaux, lesquelles sont l’endroit privilégié pour la formation des synapses excitatrices. Somme toute, ces données montrent pour la première fois que différentes mutations de GABRA1 associées à des syndromes épileptiques peuvent affecter les épines dendritiques et la formation des boutons GABAergiques d’une façon mutation-spécifique. / About 30% of the total neuronal population in the mammalian cortex is composed by a very heterogeneous population of GABAergic interneurons. These interneurons differ in their morphology, gene expression, electrophysiological properties and subcellular targets, thus establishing a rich diversity. After birth in the ganglionic eminences these cells migrate to distinct cortical layers. Parvalbumin (PV) expressing cortical GABAergic cells which constitute the major GABAergic subtype specifically targets the soma and proximal dendrites of principal neurons and PV+ cells. These cells are often referred as Basket cells (BCs) because of the intricate morphological complexity of their axons. The maturation of the distinct connectivity of PV+ BCs, characterized by an increase of axon complexity and synapse density, occurs gradually in juvenile mice. Previous studies started to elucidate the mechanisms controlling this maturation process, including genetic factors, neuronal activity and sensory experiences. The striking increase in axonal complexity and synaptogenesis occurring during the maturation phase suggests the requirement for elevated proteins synthesis in order to sustain the developmental process. The Mechanistic Target Of Rapamycin (mTOR) pathway has been implicated in controlling several aspects of neurodevelopment by regulating protein synthesis. Mutations in the regulatory components Tsc1 and Tsc2 of mTOR-Complex1 (mTORC1) cause the disease Tuberous Sclerosis (TSC) in humans. The majority of TSC patients develop neurological problems including seizures, mental retardation and autism. Recent studies investigated the role of mTOR pathway dys-regulation in excitatory cortical cells, however its role in the development of cortical GABAergic interneurons and the specific contribution of altered GABAergic cells in disease manifestation remain largely unknown. Here, we investigated whether and how Tsc1 knockout perturbs GABAergic circuit development, both in vitro and in vivo. To investigate the role of mTORC1 activation in BC development, we knocked out Tsc1 expression, by transfecting Cre-GFP driven by a promoter specific for BCs in cortical organotypic cultures prepared from Tsc1lox mice. Tsc1 knockdown in vitro caused a precocious increase in bouton density and terminal branching formed by mutant BCs, which was reversed by Rapamycin treatment. These data suggest that mTOR pathway hyperactivation affects the timing of BC synapse maturation. To investigate the role of mTORC1 in GABAergic cells in vivo, we bred Tsc1lox mice with Nkx2.1-Cre and PV-Cre mice. At P18, Tg(Nkx2.1Cre),Tsc1flox/flox mice showed both mTORC1 hyperactivation and somatic hypertrophy in BCs along with increased expression of PV in the perisomatic region of pyramidal neurons. In contrast, by P45 we found a reduction of PV-gephyrin (post-synaptic GABAergic marker) perisomatic puncta density. Study of BC morphology in organotypic cultures from the Nkx2.1-Cre conditional knockout confirmed the occurrence of a faster maturation rate initially which however collapsed at later stages. Additionally Tg(Nkx2.1Cre),Tsc1flox/flox mice exhibit Tsc1 dose-dependent deficits in working memory and social behaviour. All together, these results suggest that controlled mTOR activation regulates both the time course and the maintenance of BC synapses. Dysfunction of GABAergic neurotransmission has been implicated in several disease states like epilepsy and in some patients it is associated with mutations in the GABAA receptor. How these mutations affect the BC cell maturation process remains largely unknown. To address this question, we used the Cre-lox strategy to knockout the endogenous GABRA1 gene coding for the GABAA-receptor alpha-1 subunit in single PV-expressing basket cells (BCs) in organotypic cultures. Cell-autonomous loss of GABRA1 reduced the extent of BC innervation field suggesting changes in inhibitory inputs caused by the absence of GABAAR α1 subunit may alter BC development. Over-expression of mutant GABAAR α1 subunits (found in patients diagnosed with epilepsy) show similar effects in terms of BC target coverage. Further studies involved the effect of these human mutations in the development of Pyramidal cell dendritic spines, which are the preferential site for excitatory synapse formation. Altogether, this data show for the first time that different GABRA1 mutations associated with genetic epilepsy syndromes can affect dendritic spine and GABAergic bouton formation in a mutation-specific manner.

La voie biosynthétique du mevalonate (MVA) est indispensable à la production de molécules qui sont essentielles dans grand nombre de processus physiologiques mais la plupart des études effectuées sur le rôle physiologique de cet important processus métabolique dans le système nerveux central restent simplement en corrélation. Pour autant, le but des études présentées dans cette thèse a été: évaluer les protéines de la voie du MVA dans différentes régions du cerveaux de rat en prenant en considération l’éventuelle modulation selon le sexe et l’âge; analyser l’impact de la voie sur le développement des neurones set sur le comportement des rats; explorer l’impact de la voie dans une pathologie du neurodéveloppement comme l’autisme. Les résultats démontrent que la voie biosynthétique du MVA est régulée différemment selon la région du cerveau analysée, en fonction de l’âge et du sexe. La voie biosynthétique du MVA revêt un rôle critique dans la modulation physiologique du comportement animal et du développement des neurones Pour finir, mes données démontrent, dans un modèle expérimental d’autisme, que la voie biosynthétique du MVA est modulée dans plusieurs région du SNC selon l’âge. / The mevalonate (MVA) pathway is an essential metabolic pathway that leads to the production of molecules important in several physiological processes and play pivotal roles in the brain. An imbalance of this pathway in CNS is accompanied by the onset of several neuropathological descriptions. Despite these observations, the physiological importance of this metabolic process in the brain has remained unclear. My aim was to study the presence and the regulation of the proteins involved in the MVA pathway in different rat brain areas in a sex- and age-dependent manner, to analyze the impact of the key enzymes on neuronal development and on rat behavior, and to explore whether the MVA pathway is affected in a neurodevelopmental disease such as autism. My results demonstrate that this metabolic process is expressed and modulated in a highly region-dependent manner and that age and sex induce physiological differences. Notably, it impact on behavior and neuronal development suggesting that this pathway may be considered as potential molecular target when designing novel therapeutic approaches for the treatment of these pathologies.

Les Inuit sont de par leur lieu et mode de vie fortement exposés aux pesticides organochlorés notamment au DDT et à son métabolite principal, le DDE. La littérature scientifique rapporte des effets délétères de l’exposition prénatale à ces molécules sur le développement des fonctions cognitives des enfants. Aucune étude ne s’est intéressée aux conséquences de l’exposition in utéro au DDT et au DDE sur le développement des fonctions sensorielles des enfants. Le premier objectif de cette thèse était donc d’évaluer si l’exposition prénatale à ces molécules pouvait être associée aux fonctions visuelles des enfants Inuit. Le DDT et le DDE ont été mesurés dans le cordon ombilical ainsi que dans le sang des enfants à 5 et 11 ans. Les potentiels évoqués visuels des enfants ont été enregistrés à 11 ans. Des analyses de régressions multiples ont révélé une augmentation de l’amplitude de la composante N150 en lien avec les niveaux de DDE mesurés dans le cordon ombilical ainsi qu’une diminution de l’amplitude de la N75 en lien avec les concentrations sériques de DDE mesurées à 5 ans. Ces données suggèrent que l’exposition périnatale au DDE pourrait avoir un impact sur l’intégrité des fonctions visuelles des enfants. La seconde partie de la thèse portait sur les pesticides organophosphorés dont l’usage a remplacé celui des organochlorés dès les années 1970. Différentes études réalisées auprès de populations défavorisées ont montré que l’exposition prénatale à ces molécules pouvait altérer les fonctions cognitives des enfants. Le second objectif du présent travail était donc d’évaluer si l’exposition aux organophosphorés pouvait être associée aux fonctions cognitives d’enfants issus de la population générale en France. Les métabolites communs aux organophosphorés ont été mesurés dans les urines des mamans durant la grossesse (i.e. DAP, DM et DE). Le WISC a été administré aux enfants à 6 ans par une neuropsychologue afin d’obtenir deux indices de développement cognitif, un indice de mémoire de travail et un indice de compréhension verbale. Les analyses de régression multiple réalisées n’ont pas permis de mettre en évidence d’association entre les DAP mesurés dans les urines des mamans durant la grossesse et les fonctions cognitives des enfants. A l’inverse les niveau urinaires de DE ont été associés à de meilleurs scores de compréhension verbale. Ces données suggèrent que certaines populations pourraient être plus vulnérables que d’autres aux propriétés de neurotoxicité développementale des pesticides organophosphorés, notamment les populations issus de milieux défavorisés. Du fait de l’exposition commune aux pesticides organophosphorés il parait important de mieux caractériser les conséquences neuro-développementale de l’exposition prénatale à ces molécules. L’étude de l’intégrité des processus visuels peut parfois permettre de mettre en évidence des altérations neuro-développementales non décelables avec les outils standards d’évaluation neuropsychologique. Le troisième objectif du présent travail était donc d’évaluer si l’exposition prénatale aux pesticides organophosphorés pouvait être associée aux fonctions visuelles des enfants issus de la population générale en France. Des analyses de régression multiple ont permis de mettre en relation les niveaux urinaires de DAP, DM et DE mesurés chez les mamans durant la grossesse et les scores de sensibilité au contraste obtenus chez les enfants à 6 ans à l’aide du Functional Acuity Contrast Test. Bien qu’aucune association significative ne soit mise en évidence chez l’ensemble des sujets, de plus faibles scores sont obtenus chez les garçons en lien avec les niveaux urinaires de DE mesurés durant la grossesse. Ces données suggèrent que l’exposition prénatale aux organophosphorés pourrait influencer le développement des fonctions visuelles des enfants et plus particulièrement des garçons. / Prenatal organochlorine and organophosphate pesticides exposure and children cognitive and sensory function at school age

Le récepteur 5-HT6 de la sérotonine, un des derniers récepteurs de la sérotonine à avoir été découvert, est une des cibles les plus prometteuses pour traiter les déficits cognitifs de la schizophrénie et de la maladie d’Alzheimer. Les antagonistes 5-HT6 exercent des effets pro-cognitifs dans de nombreux paradigmes expérimentaux de cognition chez les rongeurs et plusieurs d’entre eux sont en développement clinique (phase III) dans la schizophrénie et la maladie d’Alzheimer. Exclusivement exprimé dans le système nerveux central, le récepteur 5-HT6 est présent dès les phases précoces du développement neural et est impliqué dans différents processus neuro-développementaux. Plusieurs études ont ainsi démontré que le récepteur jouait un rôle clé dans la migration des neurones (interneurones et neurones pyramidaux) du cortex cérébral (Riccio et al. Mol Psychiatry 14(3):280-90, 2009 ; Transl Psychiatry 11;1:e47, 2011 ; Jacobshagen et al. Development in revision). Grâce à un crible interactomique, notre équipe a récemment identifié un réseau de protéines recrutées par le domaine carboxy-terminal du récepteur, comprenant la cyclin-dependent kinase (Cdk)5 et certains de ses substrats et connues pour leur implication dans la migration neuronale, la pousse neuritique et la synaptogénèse. Nous avons également démontré que le récepteur stimulait la pousse neuritique de façon agoniste-indépendante par un mécanisme impliquant la phosphorylation du récepteur par Cdk5 et l’activation de la Rho GTPase Cdc42 (Duhr et al. Nature Chem. Biol., en révision). Cette étude a mis pour la première fois en évidence une activation constitutive d’un récepteur couplé aux protéines G dépendant de sa phosphorylation par une kinase associée. Des études préliminaires réalisées par l’équipe indiquent également que l’activation du récepteur 5-HT6 induit une diminution du nombre d’épines dendritiques et une modification de leur morphologie dans des cultures primaires de neurones d’hippocampe. Le projet de thèse aura pour objectif la caractérisation des mécanismes moléculaires impliqués dans cet effet. Une attention particulière sera portée sur le rôle de Cdk5 et de son substrat WAVE1, une protéine induisant la formation des épines dendritiques grâce à sa capacité à activer le complexe Arp2/3 (également identifié dans l’interactome du récepteur 5-HT6) et à promouvoir la polymérisation de l’actine. La phosphorylation de WAVE1 par Cdk5 inhibant son activité et la formation des épines, ce mécanisme pourrait être à l’origine de la diminution du nombre d’épines induite par le récepteur 5-HT6. Ces études seront réalisées in vitro, sur des cultures primaires de neurones d’hippocampe et in vivo, en utilisant un modèle (en cours de génération) de souris knock-in exprimant le récepteur 5-HT6 fusionné à une étiquette GFP. Grâce à ce modèle, un crible interactomique sera également réalisé afin d’identifier de nouveaux partenaires du récepteur potentiellement impliqués dans la différentiation neuronale dans un contexte tissulaire authentique. Ce projet sera réalisé à l’Institut de Génomique Fonctionnelle (IGF) au sein de l’équipe « Neuroprotéomique et signalisation des maladies neurologiques et psychiatriques » sous la co-direction de Philippe Marin et Séverine Chaumont-Dubel. Il permettra de caractériser de nouveaux substrats cellulaires potentiellement impliqués dans les déficits cognitifs de la schizophrénie de plus en plus considérée comme une pathologie du développement et d’identifier de nouvelles cibles pour le traitement précoce de ces déficits particulièrement invalidants et insuffisamment pris en en charge par l’arsenal antipsychotique existant. / The serotonin 5-HT6 receptor, one of the most recently cloned serotonin receptors, is a promising target for the treatment of cognitive deficits of both schizophrenia and Alzheimer’s disease. 5-HT6 receptor blockade by antagonists exerts pro-cognitive effects in a wide range of models of cognitive impairment in rodents and some of them are in phase III of clinical trials in schizophrenia and Alzheimer’s disease. The 5-HT6 receptor is exclusively expressed in the central nervous system, where it is detected at early phases of brain development. Studies have shown that 5-HT6 receptors have a key influence upon migration of both pyramidal neurons and interneurons of the cerebral cortex (Riccio et al. Mol Psychiatry 14(3):280-90, 2009 ; Transl Psychiatry 11;1:e47, 2011; Jacobshagen et al. Development, in revision). Using a proteomic strategy, our team recently identified a network of proteins interacting with the carboxy-terminal domain of the receptor. These include Cyclin-dependent kinase (Cdk)5 and some of its substrates, which are known to control neuro-developmental processes such as neuronal migration, neurite growth and dendritic spine morphogenesis. We have also demonstrated that the expression of the 5-HT6 receptor elicits neurite growth in an agonist-independent manner through a mechanism involving receptor phosphorylation at a serine residue by associated Cdk5 and engagement of the Rho GTPase Cdc42 (Duhr et al. Nature Chem. Biol., in revision). These studies show for the first time a constitutive activation of a G protein-coupled receptor mediated by its phosphorylation by an associated protein kinase. Preliminary experiments performed by the team also revealed that 5-HT6 receptors activation decreases the number of dendritic spines and modify spine morphology in hippocampal neurons in primary culture. This thesis project aims at characterizing the signalling mechanisms underlying the control of dendritic spine morphogenesis by the 5-HT6 receptors. Particular attention will be paid to Cdk5 and its substrate WAVE1, a protein known to induce neurite growth via the activation of the Arp2/3 complex (also identified in the 5-HT6 receptor interactome), which promotes actin polymerization. As phosphorylation of WAVE1 by Cdk5 inhibits its activity, we hypothesize that Cdk5-elicited phosphorylation of WAVE1 in the receptor-associated complex might underlies its control of spine morphogenesis. This project will combine in vitro studies performed on primary cultured hippocampal neurons and in vivo studies using transgenic mice expressing GFP tagged 5-HT6 receptors (this mouse line is currently being generated). We will also take advantage of this model to perform a novel interactomics screen to identify in an authentic tissue context novel receptor partners potentially involved in dendritic spine formation. This project should reveal novel cellular targets for the alleviation of the currently untreated and strongly debilitating cognitive deficits of schizophrenia, which are thought to result from abnormalities of brain development. It will be realized at the Institute of Functional Genomics in the “Neuroproteomics and signaling of neurodegenerative and psychiatric disorders” team under the supervision of Philippe Marin and Séverine Chaumont-Dubel.

Les microglies, les cellules de l’immunité innée, résidentes du cerveau, sont impliquées dans la réponse inflammatoire cérébrale et le modelage des réseaux neuronaux au cours du développement. La perturbation de leurs activités par des stimuli environnementaux pouvant conduire à des altérations psychopathologiques, dans cette thèse, nous avons étudié le rôle des microglies dans les effets neurobiologiques et comportementaux d’un stimulus inflammatoire. Les travaux précédents ont révélé que l’administration de lipopolysaccharide (LPS), une endotoxine bactérienne, provoque des comportements de type dépressifs. Le rôle des microglies dans ces altérations a fait l’objet de la première étude de cette thèse (Chapitre 2). Afin de dépléter les microglies du cerveau, des souris adultes ont reçu par voie d’administration intra-hippocampique des liposomes contenant du clodronate, provoquant ainsi l’apoptose des microglies phagocytaires. L’administration de LPS active dans l’hippocampe la synthèse de cytokines pro-inflammatoires [interleukine (IL)-1b et facteur de nécrose tumorale (TNF)-a] et anti-inflammatoires (IL-10), et de l'indoleamine 2,3-dioxygénase, une enzyme impliquée dans le métabolisme du tryptophane aux activités pro-dépressives. La déplétion des microglies phagocytaires atténue les effets du LPS, à l’exception de l’IL-1b, dont l’expression est exacerbée. De plus, l’administration de clodronate prévient les effets du LPS sur les comportements de type dépressif. Dans leur ensemble, ces résultats ont révélé que les microglies phagocytaires sont impliquées dans les effets inflammatoires et comportementaux de type dépressif induits par le LPS. Nous avons ensuite étudié le rôle des microglies dans les effets comportementaux d’une inflammation maternelle précoce provoquée lors de la colonisation du cerveau fœtal par les microglies (Chapitres 3 & 4). Ainsi, nous avons administré au jour gestationnel (JG)9.5 du LPS à des souris gestantes et évalué la trajectoire développementale pré- et post-natale des microglies et du comportement de la progéniture (Chapitre 3). L’administration de LPS à JG9.5 provoque une réduction du pourcentage représenté par les microglies matures aux JG14.5 et 18.5 et des déficits comportementaux persistants à l’âge adulte avec un dimorphisme sexuel prononcé. Nous avons alors recherché à identifier les mécanismes moléculaires impliqués dans les effets du LPS administré à JG9.5, en étudiant la piste de l’action des cytokines inflammatoires (Chapitre 4). Pour cela, nous nous sommes focalisé sur l’IL-1b, la cytokine inflammatoire effectrice principale de l’activité microgliale. L’expression de l'IL-1b et des cytokines associées (IL-6, TNFa et IL-10) augmente dans le plasma maternel, le placenta et le cerveau fœtal, 2 et 4 heures après l’administration de LPS. Ces changements sont accompagnés d'un phénotype microglial immature à JG18.5 et d’une réduction de la population microgliale totale au jour postnatal (JPN)9. À l’âge adulte (JPN65), nous avons observé une modification morphologique de la microglie dans plusieurs structures cérébrales. Enfin, les souris adultes, prénatalement traitées au LPS, développent des altérations des comportements de type sociaux et des comportements répétitifs. Les altérations du nombre de microglies induites par le LPS sont corrélées aux troubles comportementaux, et ce, de façon spécifique en fonction du sexe des souris. Enfin, la co-administration de l'antagoniste du récepteur de l'IL-1 et de LPS chez les femelles gestantes au JG9.5 réduit, voire prévient les effets inflammatoires et comportementaux du LPS. [...] / Recent research on microglia has uncovered a multitude of activities that extends the role of these cells well beyond their traditional function as immune sentinels. The most prominent of these newly described activities is an intricate role in neuronal network remodeling notably upon environmental challenge or during brain development, the disruption of which can result in long lasting consequences relevant to several psychopathologies. We sought, in the current thesis, to identify some of the mechanisms involved. Our initial approach was to target the immune function of microglia, based on our previous findings linking systemic immunogenic challenge with lipopolysaccharide (LPS) in mice with the development of despair-like behavior/depression. Here, we sought to identify immune mediators activated in microglia following a single systemic challenge with LPS (Chapter 2). These studies were conducted in adult mice in which phagocytic microglia were depleted using a single injection of liposomal clodronate in the CA3 region of the hippocampus. LPS challenge significantly upregulated the expression of both pro-inflammatory [interleukin (IL)-1b and tumor necrosis factor (TNF)-a] and anti-inflammatory (IL-10) cytokines compared to saline treated animals. In addition, LPS highly increased the expression of indoleamine 2,3-dioxygenase (IDO), an important rate limiting enzyme for metabolizing tryptophan in the brain and an established indicator of the activation of this depression mediating pathway. Clodronate-mediated depletion attenuated all of these effects apart from IL-1b expression which was further exacerbated. Behavioral assessment of the mice demonstrated a significant LPS-induced increase of immobility in the forced swim test (FST), which was prevented by clodronate. This experimental approach provided a snapshot of the role of inflammation in the development of brain dysfunction mediated by microglia. In subsequent studies (chapter 3 & 4), and in order to perform a more comprehensive, longer-term investigation of microglia activity in neurodevelopment, we utilized a prenatal infection model using LPS to activate maternal immunity at a relatively early [Gestational Day (GD)9.5] time point when microglia colonize the fetal brain to assess the impact on microglial population during development and the subsequent behavior of the progeny (Chapter 3). The results demonstrated LPS reduced the percentage of mature microglial population at GD14.5 and GD18.5 representing mid to late gestation. In addition, prenatal LPS had a significant effect on the offspring’s neonatal as well as adult behavior, with a clear divergence along sex lines in adulthood. In the final study (Chapter 4), we sought to investigate the mechanisms underlying the changes we noted in microglial development and the sexually dimorphic behavioral deficits. For this, we focused on the role played by pro-inflammatory cytokines, particularly IL-1b which represents the main effector of microglial activation following infection or injury. Detailed analysis of the expression of IL-1b and other related cytokines (IL-6, TNF-a and IL-10) revealed an increased expression of these mediators in maternal plasma, placenta and fetal brain, 2 and 4 hours after the prenatal LPS treatment. These changes were accompanied with a decreased percentage of mature microglia in the brain of embryos at GD18.5 and of total microglia population at post-natal day (PND)9. In the adult offspring (PND65), we detected an increased density and altered microglial morphology in specific higher-order structures implicated in complex behaviors, as well as altered social preference and memory and increased repetitive actions. [...]

Les causes génétiques des syndromes avec déficiences intellectuelles sont encore peu élucidées. Les données actuelles disponibles sont très récentes et encore incomplètes. Le syndrome de Mowat-Wilson appartient à ce cadre nosologique. Il associe une déficience intellectuelle profonde et un syndrome polymalformatif comprenant une maladie de Hirschsprung, des anomalies du corps calleux, des anomalies cardiaques et urogénitales. Les causes moléculaires sont, dans la très grande majorité des cas, des mutations tronquantes de ZEB2 (ou SIP1 ou ZFHX1B). Ces anomalies surviennent de novo à l'état hétérozygote. Récemment, nous avons identifié dans notre laboratoire, trois nouvelles mutation faux-sens de ZEB2 chez trois patients ayant un phénotype modéré de la maladie. Nous montrons que ces anomalies moléculaires induisent une perte de fonction de la protéine. Les techniques de sauvetage du phénotype par injection d'ARN ZEB2 sauvage et muté montrent que, chez les embryons morphants sip1b, les protéines mutées participent partiellement au développement des dérivés neuraux et des crêtes neurales.Parallèlement à cette étude, par séquençage de l'exome, nous avons identifié chez un patient atteint de déficience intellectuelle syndromique, une mutation de CSDE1. Ce gène code une protéine à 5 domaines cold-shock, liant l'ARN et régulant la traduction dépendante de l'IRES. C'est la première fois que CSDE1 est impliqué en pathologie. Nous montrons que la mutation entraine une haploinsuffisance et dérégule la traduction de ZEB2. / [Translated by Reverso web site - The genetic causes of the syndromes with intellectual deficiencies are again little clarified. The available current data are very recent and still incomplete. The syndrome of Mowat-Wilson belongs to this nosologique frame(executive). He(it) associates a deep intellectual deficiency and a polymalformatif syndrome understanding(including) a disease of Hirschsprung, anomalies of the corpus callusum, the cardiac anomalies and urogénitales. The molecular causes are, in her(it) very great majority of the cases, tronquantes transfers(transformations) of ZEB2 (or SIP1 or ZFHX1B). These anomalies arise of novo in the heterozygous state. Recently, we identified in our laboratory, three news(short stories) transfer(transformation) misinterpretation of ZEB2 at three patients having a moderate phenotype of the disease. We show that these molecular anomalies lead(infer) a loss of function(office) of the protein. The techniques of rescue of the phenotype by injection of wild and moved ARN ZEB2 show that, to morphants embryos sip1b, moved proteins participate partially in the development of by-products neuraux and neurales crests. In a parallel to(at the same time as) this study, by sequencing of the exome, we identified at a patient's reached(affected) by intellectual syndromique deficiency, a transfer(transformation) of CSDE1. This gene codes a protein in 5 domains cold-shock, linking(binding) ARN and regulating the dependent translation of IRES. It is the first time when CSDE1 is involved in pathology. We show that the transfer(transformation) entraine a haploinsuffisance and deregulate the translation of ZEB2.]

Le terme de neurodéveloppement dans son acception la plus large renvoie à l'ensemble des processus permettant le développement du système nerveux depuis les étapes les plus précoces de sa formation in utero jusqu'aux étapes plus tardives de maturation à l'adolescence aboutissant au système nerveux adulte. Les travaux de ces quarante dernières années ont conduit à proposer un modèle neurodéveloppemental des troubles psychiatriques, notamment schizophréniques, sur la base d'arguments génétiques, épidémiologiques et d'imagerie. Ce modèle propose que l'apparition de la maladie soit liée à une/des anomalie(s) dans les processus de formation (neurodéveloppement précoce) et de maturation (neurodéveloppement tardif) du système nerveux, sous l'effet combiné de facteurs génétiques et environnementaux. Dans ce contexte, ce travail de thèse vise à préciser les effets des anomalies neurodéveloppementales sur les troubles psychiatriques, notamment schizophréniques à travers l'étude de différents marqueurs. La première étude a pour objectif d'étudier les corrélations entre deux marqueurs du développement cérébral précoce : un marqueur clinique (les signes neurologiques mineurs) et un marqueur en imagerie (la sulcation du cortex cérébral) dans une population de sujets atteints de schizophrénie. Une corrélation entre ces deux marqueurs est mise en évidence : l'index de sulcation est d'autant plus faible que les sujets présentent des signes neurologiques mineurs significatifs. Notre conclusion est que l'étude combinée de différents marqueurs peut permettre d'isoler des sous-groupes de patients ayant eu des atteintes neurodéveloppementales précoces plus marquées. La deuxième étude a pour objectif de caractériser l'effet de différents marqueurs d'anomalies neurodéveloppementales précoces sur le fonctionnement cognitif de sujets atteints de schizophrénie. L'effet sur le contrôle exécutif (mesuré par la tâche du Trail Making Test) de marqueurs cliniques (signes neurologiques mineurs, latéralisation manuelle) et en imagerie (sulcation du cortex cingulaire antérieur et élargissement des ventricules ventraux) est mesuré en recherchant les effets principaux et les interactions entre chaque marqueur. Nous trouvons des interactions entre différents marqueurs, avec principalement un effet de sommation non-linéaire. Notre interprétation est que les différents marqueurs reflètent des atteintes distinctes, bien que toutes précoces, du développement cérébral avec un effet final commun sur les fonctions exécutives. La troisième étude a pour objectif de préciser la spécificité de la sulcation comme marqueur d'anomalies neurodéveloppementales précoces à travers son étude dans une population de sujets adultes présentant un trouble du spectre autistique (TSA), pathologie débutant dès la petite enfance, en lien évident avec des atteintes neurodéveloppementales précoces. Des anomalies de sulcation du cortex cingulaire antérieur, similaires à celles observées chez les patients atteints de troubles schizophréniques, sont détectées chez les patients présentant un TSA. Ces résultats sont en faveur d'anomalies neurodéveloppementales précoces partagées entre différentes pathologies psychiatriques : les modifications de la sulcation corticale sont spécifiques non pas d'un trouble donné mais de la précocité des atteintes. En conclusion, nous proposons que l'étude des anomalies neurodéveloppementales soit intégrée dans une approche dimensionnelle en psychiatrie. / The term neurodevelopment in its broadest sense refers to all of the processes encompassing development of the nervous system from the earliest stages of formation in utero to later stages of maturation during adolescence to produce the fully functional adult nervous system. Work over the last thirty years has led to a neurodevelopmental model of human psychiatric disorders, including schizophrenia, based on genetic, epidemiological and imaging evidence. This model asserts that disease is fundamentally linked to or develops from abnormality(s) in the formation processes (early neurodevelopment) and maturation (late neurodevelopment) of the nervous system due to a combination of genetic and environmental factors. In this context this thesis aims to clarify the effects of neurodevelopmental abnormalities on psychiatric disorders, including schizophrenia, through the study of different markers. The first study aims to investigate correlations between markers of early brain development: a clinical marker (neurological soft signs) and an imaging marker (sulcation of the cerebral cortex) in a population of subjects with schizophrenia. A correlation between these two markers is presented: the sulcation index was found to be lower in subjects that had significant neurological soft signs. We concluded that the combined study of different markers may help to isolate subgroups of patients with greater early neurodevelopmental damage. The second study aims to characterize effects of different markers of early neurodevelopmental abnormalities on cognitive functioning in patients with schizophrenia. Effects on executive control (as measured by the Trail Making Test) were correlated with clinical markers (neurological soft signs, handedness) and imaging (sulcation of the anterior cingulate cortex and enlargment of the ventricles). We found interactions between different markers with a mainly non-linear summation effect. Our interpretation is that different markers reflect separate insults, though all early, on brain development with a common final effect on executive function. The third study aims to clarify the specificity of sulcation as a marker of early neurodevelopmental abnormalities by studying a population of adult subjects with autism spectrum disorder (ASD), a patholody beginning in early childhood and linked with evidence of early neurodevelopmental damage. Sulcation abnormalities of the anterior cingulate cortex, similar to those observed in patients with schizophrenia are detected in patients with ASD. These results suggest early neurodevelopmental abnormalities are shared by different psychiatric disorders and that changes in cortical sulcation are not specific to a given disorder but the early damage. In conclusion, we suggest that the study of neurodevelopmental abnormalities should be integrated into a dimensional approach in psychiatry.

La navigation des axones sur de longues distances est jalonnée de zones de choix, entraînant des changements de direction pour suivre des trajectoires hautement stéréotypées. Dans ce modèle de guidage séquentiel, chaque étape est vue comme essentielle à la suivante. De façon intrigante, quelques exemples suggèrent que le suivi strict de la trajectoire puisse être dispensable pour que les axones atteignent leur destination finale. Nous nous sommes intéressés à cette capacité trajectoire indépendante des axones à localiser leur cible. Pour ce faire, nous avons utilisé deux populations neuronales de la moelle épinière ayant des cibles diamétralement opposées dans l'organisme : les interneurones dorsaux, qui projettent dans le système nerveux central, et les motoneurones ventraux, qui ciblent les muscles en périphérie. Après avoir été déplacés chirurgicalement dans des embryons de poulet, ces deux populations de neurones envoient des axones vers leurs territoires cibles qu'ils atteignent par des trajectoires inédites. Ces observations suggèrent l'existence d'un système de guidage global délivrant aux axones des informations spatiales à large échelle. Outre les signaux moléculaires de guidage bien connus, les signaux bioélectriques sont également des candidats intéressants pour remplir cette fonction. Des champs électriques (CE) ont été détectés dans les embryons en développement et sont connus pour être des vecteurs d'information spatiale. Nous avons testé sur des neurones en culture si des CE comparables à ceux mesurés pendant le développement embryonnaire pourraient guider l'élongation des axones moteurs et d'interneurones dorsaux de poulet. Nous avons trouvé que les deux types d'axones s'orientent en direction de la cathode (-) dans un CE. Cependant, ils présentent des sensibilités significativement différentes aux CE, qui pourraient contribuer à des choix de trajectoires différents in vivo. Ensuite, nous avons observé un effet inhibiteur de la Concanavaline A (ConA) sur la réponse des axones aux champs, indiquant un rôle des récepteurs membranaires connus pour lier la ConA. Nous avons donc réalisé un screen pharmacologique sur des pompes et des canaux ioniques qui se lient à la ConA, conduisant à l'identification des pompes Na+/K+ ATPases comme des candidats prometteurs. Des expériences préliminaires d'invalidation des sous-unités de ces pompes suggèrent qu'elles contribuent à la réponse aux CE et à la navigation axonale in vitro et in vivo. Finalement, nos résultats apportent une vision nouvelle des mécanismes assurant la fidélité et la résilience du guidage axonal, et révèlent la contribution méconnue des signaux bioélectriques et des pompes Na+/K+ ATPases au développement neuronal / Long distance navigation of axons is marked by choice points, instructing highly stereotyped directional changes of axon trajectories. In this stepwise model, each step is thought to be essential for the next one, but intriguingly, examples suggest that pathway experience can be dispensable for axons to reach their final destination. We investigated pathway-independent ability of axons to locate their target, using two populations of spinal cord neurons having drastically different target location in the organism: the dorsal interneurons, which target the central nervous system and ventral motoneurons, which target muscles. After grafting these neurons at ectopic positions in the chicken embryo, both neuron-types were observed to form axons which, remarkably, oriented towards and reached appropriate targets. This suggests that, in the embryo, an overall guidance information might exist that enables the axons to locate positions over large scales. Beside well-studied chemical cues, bioelectric signals are attractive candidates for this function. Electric Fields (EF) were detected in the embryo and reported to encode spatial information. Thus, using in vitro set-ups, we investigated whether EFs in the range of the ones measured in the embryo could influence the navigation of chick motor and dorsal interneuron axons. We found that both axon subsets orient parallel to EFs. Yet, they significantly exhibited different sensitivities, which could contribute to elicit different trajectory choices in vivo. Next, we found that Concanavalin A (ConA) could block axon response to EF, supporting a role of cell surface receptors known to bind to ConA. Thus, we performed a pharmacological screening on ion channels and pumps that bind ConA and identified Na+/K+ ATPases as promising candidates. Preliminary knock-down experiments targeting Na+/K+ ATPases subunits suggest their contribution to CE response and axon navigation in vitro and in vivo. Collectively, our findings should provide novel insights into the mechanisms ensuring axon guidance fidelity and resilience and reveal unknown contributions of bioelectric signals and Na+/K+ ATPases during neuronal development

Des variants récessifs touchant le gène PIGB, encodant une enzyme impliquée dans la biosynthèse des ancres GPI, ont récemment été décrits chez des patients présentant une déficience héritée des ancres GPI ainsi qu’une encéphalopathie épileptogène (EE), une forme d’épilepsie infantile sévère associée à des atteintes cognitives. Chez l’humain, plus de 150 protéines, dont certaines sont critiques pour la fonction neuronale, sont localisées à la membrane cellulaire grâce aux ancres GPI. Des données préliminaires du laboratoire Rossignol démontrent que la délétion embryonnaire du gène Pigb dans les interneurones GABAergiques (IN) dérivés de l’éminence ganglionnaire médiale (MGE) est suffisante pour induire des crises d’épilepsie spontanées et des déficits cognitifs chez la souris, suggérant un rôle critique de PIGB dans le développement de l’inhibition corticale. Toutefois, les mécanismes cellulaires et moléculaires sous-tendant les phénotypes cliniques associés aux délétions du gène PIGB sont inconnus. Compte tenu du rôle central joué par les molécules de guidage, dont certaines sont des protéines à ancrage GPI, lors de la migration des IN vers la plaque corticale, nous postulons que la perte sélective des ancres GPI, résultant d’une délétion conditionnelle de Pigb dans les IN, altère leur dynamique de migration, ce qui a pour conséquence de réduire leur nombre dans le cortex postnatal, menant à une désinhibition corticale et au développement de l’épilepsie. L’imagerie en temps réel d’explants cellulaires de MGE a révélé que la perte de fonction du gène Pigb dans les IN dérivés du MGE entraine un défaut de la migration tangentielle et des anomalies morphologiques se traduisant par une réduction de la densité des IN dans le cortex postnatal. Nous avons également démontré que la signalisation motogène EphA4-éphrineA2 est altérée dans les IN déficients en ancres GPI, contribuant au délai de migration observé. En somme, nos travaux ont permis de préciser les mécanismes physiopathologiques sous-tendant les EE associées à des variants pathogéniques du gène PIGB et d’approfondir notre compréhension du rôle des ancres GPI durant le neurodéveloppement et plus précisément, durant la migration des IN. / Recessive variants in the PIGB gene, encoding an enzyme involved in the biosynthesis pathway of GPI anchors, were recently described in children with an inherited GPI anchor defect and epileptic encephalopathy (EE), a neurodevelopmental disorder characterized by early-onset epilepsy with cognitive impairment. GPI anchors are critical for the membrane attachment of at least 150 human proteins, some of which are important for proper neuronal function. Preliminary data from the Rossignol group show that the embryonic deletion of Pigb in GABAergic interneurons (INs) emanating from the medial ganglionic eminence (MGE) causes spontaneous seizures and cognitive deficits in mice, suggesting a critical role of PIGB in the establishment of cortical inhibition. However, the cellular and molecular mechanisms leading to epilepsy remain unknown. Given the central role of guidance molecules, some of which are GPI-anchored proteins, during neuronal migration, we postulate that loss of GPI anchors following the conditional deletion of Pigb in MGE-derived INs disrupts chemotactic guidance and IN migration dynamics, leading to cortical disinhibition and epilepsy post-natally. Time-lapse live imaging of MGE explants revealed that the targeted deletion of Pigb impairs the tangential migration as well as the morphological development of MGE-derived INs, resulting in reduced IN densities in the postnatal cortex. We showed that the kinetic deficits are partly due to a loss of EphA4-ephrinA2 motogenic signaling in PigbcKO INs. In summary, our work helps clarify the physiopathology underlying PIGB associated-EE and deepens our understanding of the roles of GPI-anchor-related pathways in neurodevelopment and more specifically, in the migration of cortical INs.