Les vertébrés, du poisson à l'homme, possèdent un potentiel membranaire médié en partie par les ions chlorure (Cl-). L’une des premières formes d’activité neuronale lors du développement est la dépolarisation médiée par les ions chlorures extrudés par les canaux glycinergiques (GlyR) et GABAergiques. Cette dépolarisation est rendu possible grâce à l’expression retardée du co-transporteur d’ions chlorure et de potassium KCC2 lors du développement qui génère un gradient hyperpolarisant postnatalement chez les mammifères. Le rôle de cette dépolarisation précoce paradoxale durant le développement est inconnu. En injectant l’ARNm de KCC2 dans des embryons de poissons zébrés nouvellement fertilisé, nous avons devancé l’expression de ce co-transporteur rendant ainsi la glycine hyperpolarisante dans tous les neurones dès les premières phases du développement. Nous avons aussi ciblé le récepteur glycinergique directement en bloquant son activité et son expression à l’aide d’une drogue spécifique, la strychnine et d’un morpholino antisens (Knockdown). Dans les trois cas (KCC2, strychnine et GlyR KD), les perturbations de l’activité neuronale ont provoqués des erreurs dans la neurogenèse, en particulier une diminution du nombre d’interneurones sans avoir d’effets sur les motoneurones et les neurones sensoriels. De plus, en bloquant les canaux calciques activés à bas voltage dans le développement avec la drogue nifedipine, il y a des erreurs dans la neurogénèse semblables à celles remarquées dans les trois conditions précédentes. Nous concluons que la dépolarisation précoce par la glycine permet l’entrée du calcium et l’activation de la neurogénèse chez les interneurones. / Vertebrates, from fish to man, have a membrane potential mediated in part by chloride ions (Cl-). One of the first neuronal activity during development of the zebrafish spinal cord is cell depolarisation mediated by chloride extrusion via glycinergic receptors (GlyRs) and GABAergic receptors. This depolarisation is due to the absence of chloride-potassium cotransport channel KCC2, whose expression comes later in development, creating a hyperpolarising gradient. The role of this paradoxal depolarisation period during early stages of development is still unknown. By injecting KCC2 mRNA in newly fertilised zebrafish embryos, we expressed this co-transporter channel in neurons causing glycine to hyperpolarize in early phases of development. We also directly targeted the glycine receptor (GlyR) itself by blocking its activation with a chronic treatment of Strychnine, a specific drug, and by knocking down the expression of this receptor with an antisense morpholino injection. In those three conditions (KCC2, Strychnine and GlyR KD), perturbation of neuronal activity provoked major defects in neurogenesis, particulary in development of interneurons, without affecting other types of cells like motoneurons and sensory neurons. In addition, blocking low-voltage activated calcium channels with nifedipine provoked similar phenotypes. We conclude that the early glycine-mediated depolarisation allow calcium entry, thus activating certain aspects of interneurons neurogenesis.

Les vertébrés, du poisson à l'homme, possèdent un potentiel membranaire médié en partie par les ions chlorure (Cl-). L’une des premières formes d’activité neuronale lors du développement est la dépolarisation médiée par les ions chlorures extrudés par les canaux glycinergiques (GlyR) et GABAergiques. Cette dépolarisation est rendu possible grâce à l’expression retardée du co-transporteur d’ions chlorure et de potassium KCC2 lors du développement qui génère un gradient hyperpolarisant postnatalement chez les mammifères. Le rôle de cette dépolarisation précoce paradoxale durant le développement est inconnu. En injectant l’ARNm de KCC2 dans des embryons de poissons zébrés nouvellement fertilisé, nous avons devancé l’expression de ce co-transporteur rendant ainsi la glycine hyperpolarisante dans tous les neurones dès les premières phases du développement. Nous avons aussi ciblé le récepteur glycinergique directement en bloquant son activité et son expression à l’aide d’une drogue spécifique, la strychnine et d’un morpholino antisens (Knockdown). Dans les trois cas (KCC2, strychnine et GlyR KD), les perturbations de l’activité neuronale ont provoqués des erreurs dans la neurogenèse, en particulier une diminution du nombre d’interneurones sans avoir d’effets sur les motoneurones et les neurones sensoriels. De plus, en bloquant les canaux calciques activés à bas voltage dans le développement avec la drogue nifedipine, il y a des erreurs dans la neurogénèse semblables à celles remarquées dans les trois conditions précédentes. Nous concluons que la dépolarisation précoce par la glycine permet l’entrée du calcium et l’activation de la neurogénèse chez les interneurones. / Vertebrates, from fish to man, have a membrane potential mediated in part by chloride ions (Cl-). One of the first neuronal activity during development of the zebrafish spinal cord is cell depolarisation mediated by chloride extrusion via glycinergic receptors (GlyRs) and GABAergic receptors. This depolarisation is due to the absence of chloride-potassium cotransport channel KCC2, whose expression comes later in development, creating a hyperpolarising gradient. The role of this paradoxal depolarisation period during early stages of development is still unknown. By injecting KCC2 mRNA in newly fertilised zebrafish embryos, we expressed this co-transporter channel in neurons causing glycine to hyperpolarize in early phases of development. We also directly targeted the glycine receptor (GlyR) itself by blocking its activation with a chronic treatment of Strychnine, a specific drug, and by knocking down the expression of this receptor with an antisense morpholino injection. In those three conditions (KCC2, Strychnine and GlyR KD), perturbation of neuronal activity provoked major defects in neurogenesis, particulary in development of interneurons, without affecting other types of cells like motoneurons and sensory neurons. In addition, blocking low-voltage activated calcium channels with nifedipine provoked similar phenotypes. We conclude that the early glycine-mediated depolarisation allow calcium entry, thus activating certain aspects of interneurons neurogenesis.

Les patients atteints de cancers reçoivent différents traitement, tels que la radiothérapie ou la chimiothérapie. Actuellement, environ 60% des enfants survivants du cancer développent des effets secondaires cognitifs, consécutifs aux traitements énoncés précédemment. Compte tenu de la perspective du développement psychomoteur de l’enfant et de l’immaturité du système nerveux central (SNC) chez ces patients, il s’avère particulièrement pertinent d’étudier les effets secondaires que provoquent les traitements anticancéreux sur le développement cognitif de cette population de malades. Des études ont démontrées l’existence de liens étroits entre ces effets secondaires et l’abolition de la neurogénèse provoquée principalement par l’irradiation. Ce projet de maîtrise porte sur les effets du facteur de croissance épidermique, l’EGF (un facteur de croissance impliqué dans la prolifération cellulaire) sur la neurogénèse de la souris. Nous avons également cherché un vecteur de sécrétion efficace pour permettre une diffusion continue d’EGF à long terme (2 à 4 semaines). Notre hypothèse est que l’EGF serait capable de stimuler la neurogénèse et protéger les cellules de l’apoptose dans le cerveau de la souris, suite à une irradiation. Nous avons montré un effet positif de l’EGF sur la formation et la prolifération des neuroblastes Dcx(+) dans la zone sous ventriculaire (ZSV) et non dans l’hippocampe (Hi), suite à l’injection de l’EGF, directement dans le cerveau à l’aide d’une pompe osmotique. Nous avons observé que cette augmentation de la quantité de jeunes neurones est indépendante de la capacité de l’EGF à les protéger de l’apoptose. L’EGF ne protège pas non plus les blastes leucémiques, issus de lignées de cellules humaines, des effets secondaires d’une irradiation. Les cellules souches mésenchymateuses (CSM) modifiées génétiquement et générées pour sécréter l’EGF ne montrent aucun effet sur la stimulation de la neurogénèse quand elles sont directement injectées dans le cerveau. Finalement, nos résultats indiquent que l’EGF pourrait être un bon candidat pour le développement de nouvelles thérapies pour traiter les effets secondaires que provoque une irradiation du cerveau. L’utilisation de pompes pour permettre l’administration d’EGF dans le cerveau devient alors très intéressante pour améliorer la qualité de vie des patients. / Patients with cancer receive different treatments such as radiotherapy (ionizing radiation) or chemotherapy. Currently about 60% of children surviving cancer are prone to the development of treatment-related delayed side effects, such as neurocognitive impairments. Given the prospect of psychomotor development of children and central nervous system (CNS) immaturity in these patients, it is especially relevant to study the adverse effects related to cognitive impairment caused by cancer treatments on this population of patients. Studies have shown the existence of close links between this delayed side effects and the abolition of neurogenesis caused mainly by irradiation. This masters degree project concerns the effects of epidermal growth factor, EGF (a growth factor involved in cell proliferation), on neurogenesis in the C57BL/6 mice, which drastically decrease after exposure to ionizing radiation. We also sought a vector of efficient secretion to allow continuous long-term secretion of EGF (2-4 weeks). Our hypothesis is that EGF will stimulate neurogenesis and protect cells from apoptosis in the brain of mice following radiation. We have shown a positive effect of EGF on the formation and proliferation of young neurons Dcx (+) in the subventricular zone (SVZ) but not in the hippocampus (Hi) following EGF injection directly in the brain using an osmotic pump. We also observed that the increase of young neurons is independent of the ability of EGF to protect them from apoptosis. Moreover, EGF doesn’t protect leukemic human blasts after irradiation. Mesenchymal stem cells (MSC) genetically engineered to secrete EGF did not stimulate neurogenesis when injected directly in the brain. Finally our results indicate that EGF could be a good candidate for the development of new therapies to treat the side effects that irradiation causes in the brain. The use of pumps to allow the administration of recombinant EGF in specific brain regions becomes very interesting. Indeed this delivery system is increasingly used and effective to help improve the quality of life of patients.

Les perturbateurs endocriniens (PE) sont une préoccupation majeure de par leurs effets sur les grandes fonctions physiologiques des organismes etparticulièrement sur la fonction de reproduction. Chez les vertébrés, la reproduction est sous le contrôle d’un axe neuroendocrinien nommé axegonadotrope. Celui-ci comprend différents acteurs cérébraux (gonadolibérines et kisspeptines), hypophysaires (gonadotropines) et gonadiques(stéroïdes sexuels) dont la mise en place et le fonctionnement sont régulés finement. Parmi les mécanismes de régulation, les stéroïdes vont jouer unrôle important en effectuant des boucles de rétrocontrôle. Les PE mimant ces stéroïdes sont donc potentiellement capables d’impacter ces régulations.L’objectif de ce travail était d’évaluer les effets d’un xénooestrogène sur les mises en place des acteurs cérébraux impliqués dans l’axe gonadotrope chezle bar européen (Dicentrarchus labrax). Nous avons d’abord décrit l’ontogénèse des systèmes à kisspeptine, à gonadolibérine et à gonadotropine aucours du développement larvaire. Nous avons mis en évidence une régulation différentielle de ces acteurs suggérant un rôle durant ce processusdéveloppemental. De plus, nous montrons que le 17α-éthinylestradiol (EE2) est capable de perturber l'ontogenèse des systèmes à GnRH2 et à GnRH3au cours des stades précoces du développement larvaire.Ces données constituent une base permettant l’évaluation des effets des PE sur l’ontogénèse des systèmes neuroendocriniens. / Endocrine disruptors (EDs) are a major concern because of their effects on the main physiological functions, particularly on the reproductive function.In vertebrates, reproduction is under the control of a neuroendocrine axis called hypothalamic-pituitary-gonadal (HPG) axis. It includes various actors atthe brain (gonadotropin releasing hormones (GnRH) and kisspeptins), pituitary (gonadotropic hormones) and gonadal (sex steroids) levels. Theirdévelopment and functioning are finely regulated. Among the regulators, steroids play an important role by performing feedback loops. EDs mimickingsteroids are therefore potentially able to impact these regulations. The objective of this work was to evaluate the effects of xenoestrogens on theimplementation of cerebral actors involved in the HPG axis in the European sea bass (Dicentrarchus labrax). We first described the ontogeny of thekisspeptin, GnRH and gonadotropin systems during larval development. We have highlighted a differential regulation of these actors suggesting a roleduring this developmental process. In addition, we show that 17α-ethinylestradiol (EE2) is able to disrupt the ontogeny of GnRH2 and GnRH3 systemsduring the early stages of larval development.These data provide a basis for evaluation of the EDs effects on the ontogeny of neuroendocrine systems.

L’arrêt cardio circulatoire et le traumatisme crânien sont responsables de lésions cérébrales dont les conséquences médico économiques sont un réel enjeu de santé publique. Malgré des espoirs importants lors des travaux expérimentaux, la majorité des traitements neuroprotecteurs se sont révélés être des échecs lors du passage à la clinique humaine. Riche d’une expérience clinique vieille de plusieurs millénaires, la Médecine Chinoise Traditionnelle a démontré son efficacité en clinique sur des patients victimes d’accidents vasculaires cérébraux. Le MLC 601, et sa formule simplifiée le MLC901, produits issus de celle-ci, ont déjà été étudiés dans un travail expérimental réalisé sur un modèle d'ischémie focale dans le laboratoire d’accueil. L’effet pléiotrope du produit avait alors été souligné. L’objet de notre travail a été d’étudier les effets neuroprotecteurs et neurorégénérateurs du MLC901 sur 2 autres modèles expérimentaux de lésions cérébrales : l’ischémie globale, mimant les conséquences cérébrales d’un arrêt cardiaque et le traumatisme crânien par percussion liquidienne latérale. Nous insistons, dans ce travail, sur l’effet neuroprotecteur du produit agissant sur les mécanismes de nécrose, d’apoptose et de stress oxydant se mettant en place après la lésion initiale. Nous retrouvons également une action neurorégénérative avec une stimulation de la neurogenèse induite par la lésion. L’ensemble de ces mécanismes cellulaires mis en place est associé à une amélioration de la récupération des fonctions neurologiques des animaux mis en évidence par l'utilisation de tests comportementaux moteurs et cognitifs. Nous démontrons donc dans ce travail, l’effet neuroprotecteur et neurorégénérateur du MLC901 sur deux modèles expérimentaux de « cérébro lésion », l’un ischémique et l’autre traumatique. / Cardiac arrest and traumatic brain injury are a socio economic health problem. Despite lot of hopes on neuroprotective therapies, few confirmed promising experimental results in clinical studies. Traditional Chinese Medicine has been used for several centuries. Despite lot of clinical investigations, few data are available on mechanisms involved in their effects. Interesting results have been published in stroke patients, and experimental studies using MLC601 and MLC901 have been conducted in mouse focal ischemia models. The multiple mechanisms of action, neuroprotective and neuroregenerative, of these treatments have been highlighted. The purpose of our study was to analyse the neuroprotective and neuroregenerative actions of MLC901 on rat global ischemia and traumatic brain injury models. In these models, we confirmed the neuroprotective action on necrosis, apoptosis and oxidative stress and the neuroregenerative action by the way of neurogenesis activation. These cellular actions are associated with functional recovery in the two models. We confirmed in these two experimental models, the neuroprotective and neuroregenerative effects of MLC901 on post ischemic or post traumatic brain injuries. This approach is essential for Traditional Chinese Medicine to be accepted by occidental one.

L'infection congénitale par le cytomégalovirus humain (HCMV) est la première cause de séquelles acquises du système nerveux central (CNS). Elle est responsable de surdités neurosensorielles, de paralysies cérébrales ou d'anomalies neuro-développementales graves (0,1% des naissances) telles que des microcéphalies ou des anomalies de gyration. Pour étudier les effets de l'infection par le HCMV sur le développement cérébral, nous utilisons des cellules souches neurales (NSC) humaines dérivées de cellules souches embryonnaires (ES), ainsi que des coupes histologiques de cerveaux fœtaux infectés. Notre travail a porté sur l'analyse des conséquences de l'infection sur un facteur de transcription essentiel lors du développement cérébral, le Peroxisome Proliferator-Activated Receptor gamma (PPARg). Nous avons démontré que l'infection par le HCMV diminuait la neuronogénèse, en association avec une augmentation des niveaux d'expression et d'activité de PPARg. En accord avec ces résultats, nous avons montré que le niveau d'expression de l'acide 9-hydroxyoctadecadienoique (9-HODE), un agoniste connu de PPARg était augmenté dans les NSC infectées. En outre, l'ajout de 9-HODE dans les NSC reproduit l'effet de l'infection sur PPARg conduisant à une augmentation du nombre de cellules positives pour l'antigène viral IE parmi les NSC infectées. De plus, nous avons démontré que : (1) l'activation pharmacologique ou l'expression ectopique de PPARg suffisent pour perturber la neuronogénèse de NSC non infectées ; (2) le traitement de NSC non infectées par le 9-HODE diminue la différenciation des NSC ; (3) le traitement de NSC infectées par du T0070907, un inhibiteur de PPARg restaure un taux normal de différenciation. Le rôle crucial de PPARg dans les pathologies fœtales liées à l'infection a été souligné par la mise en évidence de sa translocation nucléaire au sein des zones germinatives de cerveaux fœtaux infectés congénitalement par le HCMV (N=20), mais pas dans les cas contrôles. Nous avons également identifié un des gènes cibles de PPARg dans le cerveau infecté: LIS1, le gène de la lissencéphalie classique, dont l'expression est également augmentée dans les NSC infectées, de façon dépendante de l'activité de PPARg. Nous avons mis en évidence que l'expression de LIS1 était augmentée de façon massive dans les cerveaux fœtaux infectés congénitalement par le HCMV (N=6) par rapport aux cas contrôles (N=3). Ceci pourrait jouer un rôle central dans la physiopathologie, car il est connu que toute perturbation de l'expression de LIS1 conduit à des anomalies importantes de la migration neurale et au développement d'un phénotype dit "lissencephaly-like". L'ensemble de nos données révèle le rôle clé de PPARg dans la neuronogénèse et la pathophysiologie de l'infection congénitale par le HCMV. Elles ouvrent la voie à une meilleure compréhension des mécanismes régissant les phénotypes pathologiques, notamment concernant le rôle de LIS1 dans les anomalies de la migration neurale. / Congenital infection by human cytomegalovirus (HCMV) is a leading cause of permanent sequelae of the central nervous system, including sensorineural deafness, cerebral palsies or devastating neurodevelopmental abnormalities (0.1 % of all births). To gain insight on the impact of HCMV on neuronal development, we used both neural stem cells from human embryonic stem cells (NSC) and brain sections from infected fetuses. We investigated the outcome of infection on Peroxisome Proliferator-Activated Receptor gamma (PPARg, a transcription factor critical in the developing brain. We observed that HCMV infection dramatically impaired the rate of neuronogenesis and strongly increased PPARg levels and activity. Consistent with these findings, levels of 9-hydroxyoctadecadienoic acid (9-HODE), a known PPARg agonist, were significantly increased in infected NSCs. Likewise, exposure of uninfected NSCs to 9-HODE recapitulated the effect of infection on PPARg activity. It also increased the rate of cells expressing the IE antigen in HCMV-infected NSCs. Further, we demonstrated that (1) pharmacological activation of ectopically expressed PPARg was sufficient to induce impaired neuronogenesis of uninfected NSCs, (2) treatment of uninfected NSCs with 9-HODE impaired NSC differentiation and (3) treatment of HCMV infected NSCs with the PPARg inhibitor T0070907 restored a normal rate of differentiation. The role of PPARg in the disease phenotype was strongly supported by the immunodetection of nuclear PPARg in brain germinative zones of congenitally infected fetuses (N=20), but not in control samples. We also identified LIS1 as one of the target genes for PPAR??in the infected brain. Levels of LIS1, the gene of classical lissencephaly, were strongly increased in infected NSC, presumably resulting from increased PPAR? activity. The relevance of this finding was further supported by our demonstration of a massive increase in the immunodetection in LIS1 fetal brains congenitally infected with HCMV (N = 6), relative to control cases (N = 3). Indeed, it is well known that overexpression of LIS1 is responsible for significant abnormalities of neural migration and development of a lissencephaly-like phenotype. Altogether, our findings reveal a key role for PPARg in neurogenesis and in the pathophysiology of HCMV congenital infection. They also pave the way to the identification of PPARg gene targets in the infected brain.

La CREB Binding Protein (CBP) a une activité lysine acétyltransférase intrinsèque et fonctionne aussi comme un co-activateur transcriptionnel. L'activité acétyltransférase et la fonction de coactivateur transcriptionel sont toutes deux essentielles pour la formation de mémoire à long terme. De plus, la dérégulation de CBP a été observée dans des maladies neurodégénératives comme la maladie d'Alzheimer et la maladie de Huntington. L'objectif de ma thèse était d'étudier le rôle de la CBP et de son activation pharmacologique dans le cadre de la formation de la mémoire spatiale, une forme de mémoire qui est démantelé très tôt dans la MA. Les données obtenues à partir de ma thèse montrent que l'activation de la fonction acétyltransférase CBP par l’activateur CSP-TTK21 améliore les processus mnésiques chez des souris adultes normales et aussi dans un modèle murin de MA (THY-Tau22). Ainsi, la stratégie d’activation pharmacologique de l'activité acétyltransférase de CBP a un énorme potentiel pour une utilisation en tant qu'agent thérapeutique pour le traitement des maladies liées à l'altération de la mémoire tel que la maladie d'Alzheimer. / CREB Binding Protein (CBP) has an intrinsic lysine acetyltransferase activity and alsofunctions as a transcriptional co-activator. Both the acetyltransferase activity and the transcriptional co-activator function are critical for long-term memory formation. Importantly, CBP dysregulation has been observed in neurodegenerative conditions like in Alzheimer’s disease and Huntington’s disease. The focus of my thesis was to study the role of CBP and its activation by a new pharmacological tool, in the context of spatial memory formation, a form of memory that is very early dismantled in AD. Data obtained from my thesis clearly suggests that activation of CBP acetyltransferase function by small molecule activator CSP-TTK21 can improve memory related processes in healthy adult mice and also in a mouse model of AD, (THY-Tau22). Therefore, the strategy of pharmacological activation of CBP acetyltransferase activity has tremendous potential for use as therapeutics for the treatment of diseases related to memory impairment such as Alzheimer’s disease.

Le système constitué de la zone sous ventriculaire (ZSV) et du bulbe olfactif (BO) est l’une des deux régions cérébrales capables à l’âge adulte de produire de nouveaux neurones. La mise en évidence de cette neurogénèse adulte bulbaire a suscité un grand nombre d’interrogations quant à son rôle fonctionnel. Cependant les études réalisées dans ce domaine sont rares et contradictoires. L’objectif de cette thèse a été d’étudier l’impact de différentes expériences olfactives sur la neurogénèse afin de mieux comprendre son rôle fonctionnel. Nous avons choisi pour cela deux approches : d’une part l’étude de l’implication des néoneurones bulbaires lors de deux tâches d’apprentissage olfactif mettant en œuvre des odeurs neutres ; et d’autre part l’étude du rôle de ces néoneurones dans une situation de vie où l’olfaction joue un rôle primordial et où des variations de neurogénèse ont été rapportées: la maternité. Dans un premier temps, nous avons mis en évidence grâce à une stratégie d’anatomie fonctionnelle que les néoneurones de 5 semaines étaient recrutés lors d’un apprentissage de discrimination olfactive, mais pas lors de la restitution de cette information. Dans un deuxième temps, nous avons mis en évidence que la maternité améliorait les performances olfactives, et que cette amélioration était abolie par un stress gestationnel. Cependant, nous n’avons pas pu mettre en relation ces modifications de performances olfactives liées à la maternité et au stress avec des variations de neurogénèse. Nos travaux supportent l’hypothèse selon laquelle les néoneurones bulbaires sont impliqués dans la discrimination olfactive et mettent en évidence pour la première fois un impact de la maternité, qu’elle soit normale ou pathologique, sur les performances olfactives des mères. / In the mammalian brain, the subventricular zone (ZSV) and olfactory bulb (BO) system is a region where new neurons are continuously added throughout adulthood. While the functional consequences of continuous hippocampal neurogenesis have been extensively studied, the role of olfactory adult-born neurons remains more elusive. In particular, the involvement of these newborn neurons in odor discrimination and long-term odor memory is still a matter of debate. To address this question, we used two approaches. In the first one, we studied the recruitment of granular olfactory newborn neurons in two different tasks of olfactory learning with neutral odors. In the second one we studied the role of olfactory newborn neurons in a life situation where olfaction is crucial and where an increase in olfactory neurogenesis was reported, i.e. motherhood. In the first study, we found that odor discrimination learning recruited newborn neurons preferentially over preexisting ones, while odor memory restitution did not specifically activate newborn cells. Results of our second study indicate that motherhood improves olfactory memory and that this enhancement is abolished by a gestational stress. However, in our experimental conditions, we could not relate variations in neurogenesis with the modifications of olfactory performances linked to motherhood or stress. In conclusion our work brings new data in support of a functional role for newborn neurons in olfactory discrimination and shows for the first time an impact of motherhood, whether normal or pathological, on the olfactory performances of mothers.

Au cours du développement cérébral des vertébrés, le processus permettant à des neurones nouveaux-nés de s'incorporer dans des réseaux déjà établis est mal compris. En effet, la majorité des études ayant été réalisées à l'échelle de la cellule, une description détaillée de la dynamique des circuits au cours de ce phénomène est manquante. Pour l'étudier, j'ai développé une méthode innovante utilisant la larve de poisson zèbre comme modèle expérimental et une approche pluridisciplinaire combinant la génétique, la microscopie bi-photonique et l'optogénétique pour suivre le développement de l'activité de neurones nouveaux-nés et des réseaux matures voisins dans un vertébré intacte et non-anesthésié. En utilisant cette technique j'ai décrit pour la première fois, pendant plusieurs jours consécutifs, le développement des propriétés fonctionnelles de neurones nouveaux nés avant et pendant leur incorporation dans les circuits du toit optique, la structure cérébrale la plus complexe du poisson zèbre permettant l'intégration l'information visuelle. Les résultats obtenus suggèrent une séquence de développement durant laquelle les neurones morphologiquement immatures spontanément actifs se connectent en premier à la rétine. Dans un second temps, ces neurones s'incorporant graduellement au circuit mature en montrant des corrélations avec des neurones matures éparses. Troisièmement, l'organisation spatiale des corrélations entre les neurones nouveaux-nés est raffinée et devient plus dense. Ces résultats suggèrent que les neurones nouveaux-nés se connectent dans un premier temps a une population éparse de neurones matures avant que les connections a longue distance disparaissent permettant aux neurones en développement d'obtenir une signature fonctionnelle robuste (ex. réponses restreintes spatialement). Récemment, des traitements basés sur la transplantation des tissues neuronaux ont été développées pour certaines maladies neuro-dégénératives (ex. maladie de Parkinson). Cependant ces thérapies sont actuellement limitées par le faible taux de survie et l'incorporation des neurones injectés. Ces travaux apportent une meilleure compréhension des mécanismes à l’œuvre lors de la formation de circuits neuronaux et pourront peut-être permettre d'améliorer l'efficacité des traitements utilisant des cellules souches pour réparer le cerveau humain. / In the vertebrate brain, mechanisms leading to the incorporation of newborn neurons into already functional networks still remain poorly understood. Indeed, since most of the studies have been performed at the single-cell level, a detailed description of the circuit dynamics is lacking. To investigate this phenomenon, I have developed a pioneer methodology using the zebrafish larva as an experimental model and a multidisciplinary approach combining genetics, two-photon microscopy and optogenetics to monitor the developing activity of genetically targeted newborn neurons and the surrounding matured networks, in an intact and non-anesthetized vertebrate. Using this technique I have described for the first time, and in the time course of several days, the developmental dynamics of the functional properties of newborn neurons before and during their incorporation into the mature tectal circuit, the zebrafish most complex layered structure and highest visual center. Overall, these results suggest a developmental sequence of events during which newborn neurons capable of generating intrinsic activity dynamics first connect to their pre-synaptic sensory organ (the retina). At a second stage, the newborn neurons gradually incorporate into the tectal mature circuit showing sparse correlations with mature neurons. At a third stage, the spatial organization of the correlation between the newborn and the mature neurons is refined, becoming denser. I thus suggest that the newborn neurons first connect to a large population of sparsely located mature neurons and subsequently distant connections are pruned, permitting the newborn-labeled neuron to acquire a stable and robust functional signature (e.g. sharp receptive fields). In the recent years, treatments based on the transplantation of neural tissue have been developed to target neurodegenerative diseases such as Parkinson's disease. Because these therapies face the problem of poor survival and long-term functional incorporation, this study may provide better understanding of neuronal circuits formation and might pave the way to improve the efficiency of stem-cells-based treatments for human-brain reparation.

Le bulbe olfactif est le siège d'une neurogenèse adulte pouvant jouer un rôle dans les apprentissages olfactifs. Nous nous sommes intéressés à son rôle dans un type d'apprentissage olfactif : l'apprentissage perceptif. Tout d'abord, l'enrichissement permet d'améliorer la discrimination d'odeurs proches : c'est l'apprentissage perceptif. En étudiant les effets de la suppression de la neurogenèse pendant l'enrichissement nous avons montré que la neurogenèse était nécessaire à l'apprentissage perceptif en modulant l'inhibition des cellules mitrales par les cellules granulaires. Ensuite, nous avons étudié le rôle de la noradrénaline dans cet apprentissage. La noradrénaline est nécessaire à l'apprentissage perceptif et suffisante pour en mimer les effets. De plus, nous avons montré que la neurogenèse bulbaire était essentielle à l'action de la noradrénaline pour permettre l'apprentissage perceptif. Enfin, nous nous sommes intéressés à l'effet du vieillissement sur l'apprentissage perceptif. Nous avons trouvé qu'il existait un défaut d'apprentissage perceptif chez la souris âgée en lien avec une diminution de la neurogenèse. En revanche, une stimulation noradrénergique permet de restaurer l'apprentissage perceptif sans modulation de la neurogenèse bulbaire suggérant l'existence de mécanismes compensatoires. L'apprentissage perceptif est sous-tendu par la neurogenèse bulbaire, via le système noradrénergique, pour permettre une hausse d'inhibition des cellules mitrales par les cellules granulaires améliorant la discrimination des odeurs proches. Avec l'âge, l'apprentissage perceptif peut être restauré suggérant une plasticité toujours présente dans un système olfactif vieillissant / The olfactory bulb is the target of a well described adult neurogenesis which has been involved in different kinds of learning. We focused on the role of adult neurogenesis on olfactory perceptual learning which consists on an improvement of olfactory discrimination after odor enrichment. We found that experience-driven improvement in olfactory discrimination (perceptual learning) requires the addition of newborn neurons in the olfactory bulb. More specifically, we showed that adult-born neurons are required for perceptual learning by modulating the inhibition of mitral cells by granule cells. Then, we studied the role of noradrenaline on perceptual learning. Direct manipulation of noradrenergic transmission significantly effect on adult-born neuron survival and perceptual learning. Finally, we investigated the effect of aging on perceptual learning. We found that perceptual learning was impaired by aging in line with an alteration of neurogenesis. However, noradrenergic stimulation restores perceptual learning without modulating neurogenesis suggesting compensatory mechanisms. Neural mechanisms underlying perceptual learning involve neurogenesis and noradrenergic system to allow an increase of mitral cell inhibition thanks to the granule cells leading to an improvement of odor discrimination. During aging, perceptual learning can be restored suggesting that the olfactory system is still plastic