Le régulateur endogène de la calcineurine 1 (RCAN1) est exprimé dans les neurones, cependant son rôle dans la régulation de la transmission et de la plasticité synaptique est mal connu. De manière intéressante, plusieurs études dans les cellules cardiaques et les levures montrent une double régulation de la calcineurine 1 (CaN1) par RCAN1. Il est décrit qu'en fonction de son état de phosphorylation par la kinase glycogène synthase 3β (GSK3β), RCAN1 réprime la CaN1 à l'état déphosphorylé, mais il faciliterait son activité à l'état phosphorylé. La régulation de la CaN1 par RCAN1 phosphorylé n'a encore jamais été étudiée dans les neurones et pourrait mettre en relation deux acteurs majeurs de la dépression à long terme (LTD), à savoir la CaN1 et la GSK3β. Par ailleurs une étude récente a montré que RCAN1 peut également être phosphorylé par la protéine kinase A (PKA), une kinase essentielle dans la mise en place de la potentialisation à long terme (LTP), entrainant ainsi une augmentation de l’inhibition de la CaN1 par RCAN1. Dans les neurones, RCAN1 pourrait donc potentiellement réguler à la fois la LTP et la LTD dépendamment de son état de phosphorylation. Mes travaux visent à élucider si RCAN1 est capable de réguler la transmission et de la plasticité synaptique en fonction de son état de phosphorylation et si son action dépend de la CaN1. Afin de déterminer le rôle de RCAN1 dans ces processus, une combinaison de techniques de biologie moléculaire, d’électrophysiologie et d'imagerie a été employée. Nous avons généré des mutations ponctuelles de RCAN1 sauvage de manière à rendre RCAN1 non phosphorylable par la GSK3β ou la PKA. L’expression virale de RCAN1 et de ses différents mutants dans des cultures primaires de neurones d’hippocampe a révélé que RCAN1, dans ses versions sauvage et mutées, est localisé au niveau des épines dendritiques, suggérant une possible fonction de RCAN1 à la synapse. De manière à déterminer les effets de RCAN1 sur la transmission et la plasticité synaptique, j’ai exprimé de manière virale RCAN1 et ses différents mutants dans des tranches organotypiques d'hippocampes de rat et analysé leurs effets par enregistrement en ‘‘patch-clamp’’ en configuration de cellule entière. J’ai pu observer que le blocage du site de phosphorylation de RCAN1 par la GSK3β entraînait une augmentation de la transmission synaptique ainsi qu’un blocage de la LTD. De plus j’ai démontré que la LTP été bloquée lorsque la PKA ne pouvait pas phosphoryler RCAN1. Enfin nous avons pu déterminer que ces différents effets de RCAN1 sur la transmission et la plasticité synaptique étaient dépendants de la CaN1. Nous avons donc démontré une cascade d’évènements et mis en évidence le rôle clé de RCAN1 dans la régulation de la LTP et de la LTD. Nous proposons donc que RCAN1 permet de moduler la transmission et la plasticité synaptique en fonction de son état de phosphorylation par la GSK3β et la PKA en agissant sur la CaN1, en étant un effecteur de la GSK3β lors de l’induction de la LTD ainsi qu’un effecteur de la PKA lors de l’induction de la LTP. / The endogenous regulator of calcineurin 1 (RCAN1) is expressed in neurons, nevertheless its role in the regulation of synaptic transmission and plasticity is not well understood. Interestingly, several studies in cardiac cells and yeasts show that RCAN1 is able to inhibit or activate CaN1 depending on its phosphorylation state by glycogen synthase kinase 3β (GSK3β). RCAN1 is able to inhibit CaN1 when it is not phosphorylated by GSK3β and able to activate it in its phosphorylated state. The regulation of CaN1 by phosphorylated RCAN1 has never been studied in neurons although it could provide a critical link between two major actors of long-term depression (LTD), CaN1 and GSK3β. Furthermore, a recent study revealed that RCAN1 can also be phosphorylated by protein kinase A (PKA), a kinase involved in regulating long-term potentiation (LTP), leading to an increase of CaN1 inhibition by RCAN1. Thus, in neurons, the differential phosphorylation of RCAN1 could potentially regulate both LTP and LTD. My work therefore investigates how, depending on its phosphorylation state, RCAN1 affects synaptic transmission and plasticity and if this occurs via a direct action on CaN1. In order to determine the role of RCAN1 phosphorylation in synaptic plasticity, a combination of molecular biology, imaging and electrophysiology was used. We generated point mutations of wild type RCAN1 in order to obtain two non-phosphorylable forms of RCAN1: one that couldn’t be phosphorylated by GSK3β, and another one that PKA could not phosphorylate. Viral expression of RCAN1 and its phosphorylation deficient mutants in dissociated hippocampal cultures revealed that they are localized within dendritic spines, hinting at a synaptic function of RCAN1. To determine the effects of RCAN1 on synaptic transmission and plasticity, I virally expressed RCAN1 and the phosphorylation deficient mutants of RCAN1 in rat organotypic hippocampal slice cultures and analyzed their effects on synaptic plasticity by whole cell ‘‘patch-clamp’’ recordings. I observed that the blockade of the GSK3β phosphorylation site in RCAN1 increased synaptic transmission and blocked LTD induction. Furthermore, I demonstrate that LTP was blocked when PKA was unable to phosphorylate RCAN1. Finally, I determined that these distinct effects of RCAN1 on synaptic transmission and plasticity were directly dependent on CaN1. I thus define a cascade of events as well as demonstrate the key role of RCAN1 in the regulation of both LTP and LTD. Based on my results, I propose that iv RCAN1 modulates synaptic transmission and plasticity according to its phosphorylation states by GSK3β and PKA, via its direct action on CaN1, being an effector of both GSK3β during LTD and PKA during LTP induction.

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Parmi les maladies neurologiques, celles qui atteignent la conscience constituent la pire des épreuves infligée à la puissance de notre esprit, socle de notre autonomie. C'est bien à un défi éthique que se mesurent les soignants et les accompagnants, confrontés à la complexité de la rencontre avec cette personne blessée dans ses possibilités mêmes d'être présente au monde, d'affirmer son identité et sa liberté : comment proposer une attitude juste et aidante de la relation de soins répondant à cette tragédie humaine ? Comment préserver l'autonomie de ce sujet sans méconnaître son extrême vulnérabilité ? Comment affirmer la permanence de la personne alors que sa conscience s'en va ? Comment, dans les situations extrêmes, savoir éviter une obstination que la loi qualifie de déraisonnable ? Nous proposons dans ce travail les réponses nuancées qu'impose la déclinaison de la conscience en degrés, dans son état ou ses contenus, s'opposant ainsi aux réponses obligatoirement binaires de la loi ou d'une éthique exagérément principliste. Mais manier la complexité n'empêche pas l'audace des paris ni la sagesse des limites. Parier sur les capacités plus que sur les déficits ne guérit pas le malade, mais modifie totalement la relation soignante dans le sens de la préservation de l'autonomie, dût-elle être accompagnée. En même temps, ces situations qui touchent parfois à l'extrême vulnérabilité, aux limites de l'humain comme de la médecine, interpellent notre responsabilité ainsi que notre souci de bienfaisance, nous invitant à éviter la pente de l'abandon, la tentation de la violence comme la déraison de l'obstination. L'éthique n'est-elle pas par essence la recherche d'une sagesse pratique visant à atténuer le tragique des situations ? / Neurological diseases affecting consciousness are the worst ordeal inflicted to the power of our mind (1), to our autonomy and independence. Even if medicine faces this drama with more and more precise diagnoses, therapy often remains helpless. Medical staff then confronts an ethical challenge when meeting this hurted human being, who experiences difficulties to be part of the world, as well as to claim his/her own identity and free will (2). How can we provide a fair and helpful medical care in these tragic situations? How can we preserve patient's autonomy without denying his/her extreme vulnerability? How should we consider the person when their consciousness is gone? (3) Finally, when close to the endpoint, how can we avoid "unreasonable" obstinacy as it is described by the law?In this work, we suggest balanced responses to these questions, considering the graduated levels of consciousness, in both its states and its contents. These responses contrast with those of the law or of oversimplified principles, that are inevitably binary. Yet, handling complexity does not preclude audacious challenges or wise limits. Betting on abilities rather than disabilities does not help the patient to recover; however, it represents a total shift in the caring relationship, by aiming to preserve autonomy, even if supported.These issues concern extreme vulnerability, as well as limits of human beings and medicine. They question both our responsibility and generosity, and invite us to avoid abandonment, violence as well as obstinacy. That is what ethics by essence: the search of a practical wisdom attenuating the tragic aspects of situations.

Paul Ferdinand Schilder, 1886 in Wien geboren und 1940 in New York gestorben, war ein Arzt und Wissenschaftler. Seine Beiträge auf dem Gebiet der Psychiatrie, Psychotherapie und Psychoanalyse sind in der Fachwelt bekannt und wurden vielfach gewürdigt. Daneben war Schilder jedoch auch Neurowissenschaftler und Neurologe, er befasste sich zeitlebens mit entsprechenden Fragestellungen. Dies wurde medizingeschichtlich bislang weit weniger berücksichtigt. Diese Dissertation beleuchtet Schilders neurowissenschaftiche sowie neurologische Arbeiten. Im Fokus stehen dabei die Encephalitis periaxialis diffusa, besser bekannt als die nach ihm benannte Schilder-Krankheit, und das Störungsbild der Schmerzasymbolie. Beide wurde von ihm erstmalig beschrieben und abgegrenzt. Bis heute verdanken wir ihm einen Großteil des diesbezüglichen Wissensstandes. Insbesondere thematisiert die vorliegende Dissertation die Darstellung Schilders damals zwar methodisch zeittypischer, aber von ihm besonders akribischer wissenschaftlicher Herangehensweise, die Einordnung seiner Forschungen in den medizinhistorischen Kontext und die Bedeutung seiner wenigen, aber bedeutsamen Jahre in Mitteldeutschland. Zudem geht sie der Frage nach, inwieweit Schilders Ergebnisse auch heute noch gültig sind und ob es angebracht erscheint, die als sehr selten geltenden Bilder der Schilder-Krankheit und Schmerzasymbolie mehr ins klinische Bewusstsein zu rücken.:1. Bibliografische Beschreibung 2. Einführung 2.1 Motivation und historischer Kontext 2.2 Schilders Biografie und Werk 2.3 Methodik 2.4 Bedeutung der Arbeit 3. Publikationen 3.1 Jahn M, Steinberg H (2019) Die Erstbeschreibung der Schilder-Krankheit. Paul Ferdinand Schilder und sein Ringen um die Abgrenzung einer neuen Entität. Nervenarzt 90:415-422 3.2 Jahn M, Steinberg H (2020) Die Schmerzasymbolie – um 1930 von Paul F. Schilder entdeckt und heute fast vergessen? Schmerz, Online First Article vom 25.02.2020 unter https://doi.org/10.1007/s00482-020-00447-z 4. Zusammenfassung der Arbeit 5. Literaturverzeichnis 6. Spezifizierung des eigenen wissenschaftlichen Beitrags 7. Erklärung über die eigenständige Abfassung der Arbeit

Les neurones du cortex visuel primaire (V1) peuvent emprunter deux voies de communications afin d’atteindre les aires extrastriées : une voie cortico-corticale, et une voie cortico-thalamo-corticale à travers des noyaux thalamiques de haut niveau (HO) comme le pulvinar. Les fonctions respectives de ces deux voies restent toujours méconnues. Un pas vers une meilleure compréhension de celles-ci seraient d’investiguer la nature des signaux qu’elles transmettent. Dans ce contexte, deux grands types de projections cortico-thalamiques (CT) ont été identifiés dans le système visuel : les neurones de type I (modulator) et type II (driver) caractérisés respectivement par des axones minces dotés de petits boutons terminaux et par des axones plus épais et de plus grands boutons respectivement. Une proposition récente a aussi émis l'hypothèse que ces deux types pourraient également être distingués par leur expression de transporteur de glutamate vésiculaire. Cette hypothèse suggère que les projections de type II et de type I peuvent exprimer sélectivement VGLUT2 et VGLUT1, respectivement (Balaram, 2013; Rovo et al, 2012). Chez le chat, les projections de V1 vers le pulvinar se composent principalement de terminaux de type II, tandis que celles de l’aire PMLS présentent une combinaison de terminaux de type I et II suggérant ainsi que, la proportion de terminaux de type I augmente avec le niveau hiérarchique cortical des zones visuelles. Afin de tester cette hypothèse, nous avons cartographié la distribution des terminaux CT du cortex AEV (article 1) ainsi que de l’aire 21a (article 2). Nous avons aussi étudié l’expression de VGLUT 1 et 2 dans le système visuel du chat afin de tester si leurs expressions corrèlent avec les sites de projections de neurones de type I et II (article 3). Nos résultats indiquent que la grande majorité des terminaux marqués dans le pulvinar provenant de l’AEV et de l’aire 21a sont de type I (Article 1 et 2) alors que ceux de V1 sont majoritairement de type II. Une comparaison de la proportion des projections de type I à travers les aires V1, PMLS, 21a et AEV révèlent une corrélation positive de sorte que celle-ci augmente avec le degré hiérarchique des aires visuelles. Nos résultats indiquent que VGLUT 1 et 2 présentent une distribution complémentaire et que leur localisation dans des sites connus pour recevoir une projection de type ‘modulateur’ et ‘déclencheur’ proéminente suggère que leurs expressions peuvent montrer un biais pour celles-ci dans la voie géniculo-strié. Les résultats de cette thèse ont permis de mieux connaitre la nature des projections CT des aires visuelles extrastriées. Ces résultats sont d’autant plus importants qu’ils établissent un lien entre la nature de ces projections et le degré hiérarchique des aires visuelles, suggérant ainsi l’existence une organisation anatomofonctionnelle des voies CT passant par le pulvinar. Enfin, les résultats de cette thèse ont aussi permis une meilleure compréhension des vésicules VGLUT 1 et 2 dans le système visuel du chat et leurs affinités respectives pour les sites de projections de neurones de type I et II. / Visual signals from the primary visual cortex (V1), can take two main communication routes in order to reach higher visual areas: a corticocortical pathway and a cortico-thalamo-cortical (or transthalamic) pathway through high-order thalamic nuclei such as the pulvinar. While these pathways are receiving an increasing interest from the scientific community, their respective functions still remain largely unknown. An important step towards a better understanding of these pathways would be to investigate the nature of the signals they transmit. In this context, two main types of corticothalamic (CT) projections have been identified in the visual system: type I projections (modulators) and type II (drivers) characterized respectively by thin axons with small terminal and by thicker axons and larger terminals. A recent proposal has also hypothesized that these two types can also be distinguished by their expression of vesicular glutamate transporter (VGLUT) in their respective synaptic terminals such that type II (driver) and type I (modulator) projections can selectively express VGLUT 2 and VGLUT 1, respectively (Balaram, 2013; Rovo et al, 2012). In cats, projections from V1 to the LP-pulvinar are mainly composed of type II terminals, while those from the Posteromedial lateral suprasylvian (PMLS) cortex present a combination of type I and II terminals. This observation suggests that, in higher-order (HO) thalamic nuclei, the proportion of type I terminals increases with the hierarchical level of the visual areas. To test this hypothesis, we charted the distribution of CT terminals originating from the Anterior EctoSylvian visual cortex (AEV) (article 1) and from area 21a (article 2). We also studied the expression of VGLUT 1 and 2 in the cat's visual system in order to test whether their expressions correlate with the projection sites of type I and II axon terminals (article 3). Our results from article 1 and 2 indicate that the vast majority of terminals sampled in the pulvinar from the AEV and area 21a are of type I while projections from V1 projections to the pulvinar were mostly composed of type II terminals. A comparison of the proportion of type I projections across areas V1, PMLS, 21a and the AEV revealed a positive correlation such that its proportion increased with the hierarchical rank of visual areas. Our results also indicate that VGLUT 1 and 2 have a complementary distribution pattern which matches prominent projection of type I and II respectively in ascending visual projections but does not in extra-geniculate pathways involving the pulvinar (Article 3). Taken together, results from this thesis have allowed a better understanding of the nature of cortico-thalamic projections originating from extra-striate visual areas (21a and AEV). These results are all the more important in that they establish a link between the nature of these projections and the hierarchical degree of their cortical area of origin, thus suggesting that there is a functional organization of CT pathways passing through the pulvinar. Finally, results of this thesis also enabled a better understanding of the expression of VGLUT 1 and 2 in the visual system and their possible respective biases for type I and type II projections.

Despite a comprehensive mapping of the Parkinson's disease (PD)-related mRNA and protein leucine-rich repeat kinase 2 (LRRK2) in the mammalian brain, its physiological function in healthy individuals remains enigmatic. Based on its structural features and kinase properties, LRRK2 may interact with other proteins involved in signalling pathways. Here, we show a widespread LRRK2 mRNA and/or protein expression in expanded or differentiated human mesencephalic neural progenitor cells (hmNPCs) and in post-mortem substantia nigra PD patients. Using small interfering RNA duplexes targeting LRRK2 in hmNPCs following their differentiation into glia and neurons, we observed a reduced number of dopaminergic neurons due to apoptosis in LRRK2 knockdown samples. LRRK2-deficient hmNPCs exhibited elevated cell cycle- and cell death-related markers. In conclusion, a reduction of LRRK2 expression in hmNPCs severely impaired dopaminergic differentiation and/or survival of dopaminergic neurons most likely via preserving or reactivating the cell cycle.

Introduction: Une stimulation nociceptive localisée peut produire une analgésie diffuse par un mécanisme endogène inhibiteur de la douleur (MEID). Des stimuli plaisants (e.g. musique) ainsi que le plaisir induit par l’interruption de la douleur peuvent également induire une analgésie. Pour cette raison, il est possible que l’analgésie causée par le plaisir (induite par l’arrêt de la douleur) soit un effet confondant dans le MEID. Objectifs: 1) Examiner la possibilité d’une relation entre le plaisir induit par l’arrêt de la douleur et le MEID et 2) Étudier l’interaction entre le plaisir et la douleur en examinant les activations/désactivations cérébrales pendant une stimulation nociceptive. Méthodologie: Étude 1) Le MEID a été mesuré (N=27) en administrant une chaleur nociceptive (thermode) avant et après le test de l’eau froide. Après une pause de 30 minutes, le test de l’eau froide a été réadministré pour mesurer le niveau de plaisir (0-100) induit par l’arrêt de la douleur (mesuré pendant 4 minutes). Étude 2) Un stimulus nociceptif (gel froid) a été administré (N=26) pendant une session d’IRMf. Résultats: Étude 1) L’arrêt du test de l’eau froide a induit une hypoalgésie avoisinant les 40%. Le MEID et le plaisir induit par l’interruption de la douleur n’étaient pas corrélés. Étude 2) Comparativement au stimulus neutre, le gel froid a induit une activation significative des régions de douleur (e.g. insula, precuneus) et une désactivation significative dans le gyrus frontal orbital moyen. Discussion: La désactivation du gyrus frontal orbital moyen illustre le débalancement de l’homéostasie pendant la stimulation douloureuse, qui est ensuite rétablit par l’augmentation du plaisir, suite à l’interruption de la douleur (effet compensatoire entre la douleur et le plaisir). / Background: A localized painful stimulation can produce diffused analgesia through the inhibitory conditioned pain modulation system (ICPM). Analgesia can also be induced by pleasant stimuli (e.g. music) or by the interruption of a painful stimuli (pleasant pain relief). Because pleasure has analgesic benefits, the effect of pleasant pain relief could be a confounding factor in ICPM. Furthermore, pain offset induces activations in reward regions, though results showing the deactivation of reward regions during pain onset have been inconsistent. Objectives: 1) investigate the possible relationship between pleasant pain relief and ICPM using psychophysical measures and 2) investigate cerebral activations/deactivations during pain onset. This will allow a better comprehension of the pain/reward interaction. Methodology: In study 1, ICPM was measured (N=27) by administering noxious heat (thermode) before and after the cold pressor test (CPT). After a 30 minutes break, the CPT was re-administered to measure pleasant pain relief (0-100) for 4 minutes. In study 2, a modified CPT (gel) was administrated (N=26) during an fMRI session to investigate cerebral activations/deactivations during pain onset. Results: In study 1, interruption of the CPT induced a mean pleasant pain relief of almost 40%. ICPM and pleasant pain relief did not correlate. In study 2, we found significant activations in the insula, the precuneus and the middle frontal gyrus and a significant deactivation in the medial orbital frontal gyrus during pain onset, when compared to the neutral stimulus. Discussion: Deactivation of reward regions illustrates the disruption in homeostasis caused by pain onset, which is later reinstated during pain offset (pleasant pain relief), therefore showing a compensatory effect. This allowed an enhanced comprehension of the opponent process theory.

Alzheimer's disease (AD) is characterized by neuronal atrophy caused by soluble amyloid β protein (Aβ) peptide "oligomers" and a microglial-mediated inflammatory response elicited by extensive amyloid deposition in the brain. We show that CNI-1493, a tetravalent guanylhydrazone with established antiinflammatory properties, interferes with Aβ assembly and protects neuronal cells from the toxic effect of soluble Aβ oligomers. Administration of CNI-1493 to TgCRND8 mice overexpressing human amyloid precursor protein (APP) for a treatment period of 8 wk significantly reduced Aβ deposition. CNI-1493 treatment resulted in 70% reduction of amyloid plaque area in the cortex and 87% reduction in the hippocampus of these animals. Administration of CNI-1493 significantly improved memory performance in a cognition task compared with vehicle-treated mice. In vitro analysis of CNI-1493 on APP processing in an APP-overexpressing cell line revealed a significant dose-dependent decrease of total Aβ accumulation. This study indicates that the antiinflammatory agent CNI-1493 can ameliorate the pathophysiology and cognitive defects in a murine model of AD.

Une maladie ou un traumatisme du système visuel peut avoir des conséquences à long terme sur la vision. Cependant, des études récentes ont examiné la plasticité cérébrale comme moyen de restaurer une vision fonctionnelle malgré les dommages. Pour mieux comprendre l'implication de la plasticité et de la réorganisation neuronale suite à un déficit, ce mémoire étudie la récupération spontanée des fonctions visuelles par des tests comportementaux chez la souris. L’écrasement partiel du nerf optique (pONC), permettant une vision résiduelle, a été induit selon deux intensités. Les tests comportementaux des fonctions visuelles incluaient le réflexe optomoteur, qui mesure le réflexe du suivi visuel de la souris en réponse à un réseau sinusoïdal, ainsi que le test de la falaise visuelle qui évalue la perception de profondeur. Ces tests ont été effectués une fois avant le pONC, puis à plusieurs moments jusqu'à 28 jours post-opération. La survie des cellules ganglionnaires rétiniennes donnant naissance au nerf optique a ensuite été quantifiée. Les résultats ont montré qu’un pONC de haute intensité entraînait une cécité et une perte de la perception de profondeur, sans amélioration dans les 28 jours suivants, tandis qu’un pONC de faible intensité permettait une récupération partielle des deux paramètres. La perte des cellules rétiniennes était plus forte pour le pONC de haute intensité, surtout dans les régions proximales. Ces résultats montrent une récupération spontanée des fonctions visuelles, à part si le dommage cellulaire est trop important. / Disease or trauma to the visual system can cause long-term damage and severe visual deficits. However, recent research has turned to neural plasticity as a means to recover functional vision despite anatomical damage. To understand the involvement of neural plasticity and reorganization following a deficit, the present thesis investigated the spontaneous recovery of visual functions over time using behavioural tests in mice. Specifically, a partial optic nerve crush (pONC) was induced with two injury intensities, while still allowing for residual vision from surviving retinal cells. Behavioural assessments of visual functions included the optomotor reflex test, which measured the mouse’s tracking reflex in response to moving sinusoidal gratings, while the visual cliff test evaluated depth avoidance behaviour by simulating a cliff to observe the animal’s perception of depth. The tests were performed once before the injury, then at multiple time points up to 28 days. Retinal ganglion cell survival was subsequently quantified. Results showed that the high-intensity pONC led to a complete loss of visual acuity and depth avoidance, with no improvement in the following 28 days, whereas the low-intensity pONC showed a partial recovery. There were fewer surviving cells after the high-intensity pONC, especially in proximal regions. These results show evidence of spontaneous recovery of visual functions, but only with a certain amount of cell survival.