Cette thèse s’inscrit dans le cadre de l’étude de la relation structure-activité d’analogues de ligands naturels de récepteurs nicotiniques et purinergiques. Ce travail se divise en deux parties.<p><p>Dans la première partie de cette thèse, nous avons réalisé la synthèse d’analogues de la 11-homosédinone, alcaloïde isolé de la plante Sedum acre, qui présente une activité agoniste sur différents récepteurs nicotiniques du système nerveux central. Les différents analogues ont été synthétisé par application de la méthoxylation anodique pour introduire succesivement deux substituants en postion 2 et 6 d’un noyau pipéridinique. Les analogues synthétisés se différencient par la nature du noyau aromatique, la présence d’un groupement méthyle sur l’atome d’azote de la pipéridine et l’oxydation du sustituant en position 2. Ce travail a notamment permis de montré l’importance du groupement N-méthyle vis-à-vis de l’activité des analogues. Nous avons également pu mettre en évidence que l’introduction d’un halogène sur le noyau aromatique diminuait l’activité de l’analogue sur le récepteur a7 tout en augmentant l’acitivité sur le récepteur a4b2 et que l’introduction d’un noyau furanique permettait d’augmenter la sélectivité vis-à-vis du récepteur a4b2 tandis que l’introduction sur le noyau aromatique d’un groupement nitro ou méthoxy conduit à une perte totale de l’activité.<p><p>Dans la seconde partie de cette thèse, nous avons réalisé la synthèse d’analogues de la dATP, afin d’évaluer leur effet agoniste sur le récepteur P2Y11, impliqué dans différents mécanismes de différentiation cellulaire, dont notamment celui de la maturation des cellules leucémiques HL60 en cellules de type neutrophile. Les analogues synthétisés se différencient de la dATP par la présence d’un groupement méthylène ou dichlorométhylène entre les phosphores b et g de la chaîne polyphosphate, ainsi que par l’estérification de l’alcool en position 3’ du sucre. Ce travail a pu confirmer que les analogues en série 2’-désoxy conduisent à de meilleures activités que ceux de la série 2’-OH. Nous avons également pu montrer que l’estérification de la position 3’ conduit à une diminution de l’activité agoniste, à l’exception du groupement a-naphtoyle qui conduit à une augmentation significative de l’activité sur P2Y11.<p><p> / Doctorat en sciences, Spécialisation chimie / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Le système cholinergique est impliqué dans les phénomènes d’attention, de mémoire et d’apprentissage et les récepteurs cholinergiques régulent de multiples fonctions du système nerveux central. Néanmoins, leur rôle au niveau de la modulation des propriétés du cortex visuel reste à être établi. L’un des objectifs de cette thèse était d’étudier le rôle des récepteurs muscariniques impliqués dans le fonctionnement normal du cortex visuel. Nous avons pu déterminer que les récepteurs muscariniques sont impliqués dans l’établissement de nombreuses propriétés visuelles telles la taille des champs récepteurs, la sensibilité au contraste, la sélectivité à la fréquence spatiale et la finesse de la connectivité corticale. L’autre objectif était d’identifier les récepteurs cholinergiques impliqués dans la potentiation des capacités visuelles. Nous avons amélioré le traitement cognitif de l’information visuelle par stimulation électrique du télencéphale basal (noyau où sont localisés les corps cellulaires cholinergiques) et par la stimulation cholinergique par le donépézil, un inhibiteur de l’acétylcholinestérase. La combinaison répétée d’une stimulation visuelle et cholinergique (qu’elle soit électrique ou pharmacologique) améliore similairement l’activité corticale visuelle. Toutefois, les récepteurs impliqués ne sont pas les mêmes. Suite à la stimulation pharmacologique, ce sont principalement les récepteurs muscariniques qui influencent l’acuité visuelle de manière tardive et cette modulation est plus précoce lors de la stimulation électrique. Ces résultats démontrent que le couplage répétitif d’une stimulation cholinergique et d’une stimulation visuelle est en mesure d’améliorer l’activité corticale visuelle. Le fait de connaître les récepteurs cholinergiques impliqués permettra dans un futur proche de les cibler directement pour améliorer la fonction corticale. / The cholinergic system is involved in attention, learning and memory and cholinergic receptors regulate multiple functions of the central nervous system. Nevertheless, their role in modulating the properties of the visual cortex remains to be established. One of the objectives of this thesis was to study the role of muscarinic receptors involved in the normal function of the visual cortex. We have been able to determine that the muscarinic receptors are involved in the establishment of many visual properties such as the size of the receptor fields, contrast sensitivity, spatial frequency selectivity and accuracy of the cortical connectivity. The other objective was to identify the cholinergic receptors involved in the potentiation of visual abilities. We improved the cognitive processing of visual information by electrical stimulation of the basal forebrain (the nucleus where the cholinergic cell bodies are located) and by cholinergic stimulation using donepezil, an acetylcholinesterase inhibitor. The repeated combination of visual and cholinergic stimulations (whether electrical or pharmacological) similarly enhances visual cortical activity. However, the receptors involved are not the same. Following the pharmacological stimulation, it is mainly the muscarinic receptors that influence visual acuity with a delay in the receptors expression and this modulation is earlier for the electrical stimulation. These results demonstrate that repetitive coupling of cholinergic stimulation and visual stimulation can enhance visual cortical activity. Knowing the cholinergic receptors involved will allow in a near future to target them directly to improve cortical function.

Les gymnodimines, les spirolides, les pinatoxines et les ptériatoxines constituent une famille de toxines d’origine marine de structures complexes, produites en faibles quantités par des microorganismes marins appelés dinoflagellés. Ces toxines sont connues pour bloquer les récepteurs nicotiniques de l’acétylcholine (nAChR) sans que leurs modes d’action ne soient connus avec précision. D’après les différents tests biologiques réalisés à ce jour, il semblerait que le motif spiroimine, commun à toutes ces molécules, soit le pharmacophore principal, indispensable pour toute activité inhibitrice. Le travail réalisé au cours de cette thèse s’est focalisé sur la synthèse du fragment spiroimine de la (–)-gymnodimine A, dans l’optique d’une étude pharmacologique de ces structures. Dans un premier temps, la création du centre quaternaire a été développée en utilisant la réaction Tsuji-Trost qui nous a donné de bons résultats en termes de rendement et d’excès énantiomérique. Au cours d’une approche sur des substrats modèles, une stratégie de fonctionnalisation originale de la chaîne allylique, mettant en jeu une métathèse croisée puis une oxydation, nous a permis d’atteindre l’intermédiaire spirolactone désiré. Après quelques étapes d’aménagements fonctionnels, une réaction de Staudinger nous a permis d’isoler les spiroimines attendues. Puis, dans la perspective d’une future synthèse totale, la réaction de Tsuji-Trost a été appliquée à des substrats plus fonctionnalisés. Dans un second temps, une allylation décarboxylante asymétrique à partir de Beta-cétoesters, nous a aussi permis de former le centre stéréogénique avec de bons rendements et excès énantiomériques. Une séquence rapide et efficace a été mise au point pour la synthèse de motifs spiroimines. Après une étape d’isomérisation, les composés ont été engagés dans une réaction de cycloaddition 1,3-dipolaire entre un alcène et une fonction azoture pour former les spiroimines souhaitées. La généralisation de la méthode a alors pu être débuté. Les trois spiroimines isolées au cours de ces travaux ont été évalués biologiquement sur les nAChRs, montrant un effet antagoniste, voire bloquant, selon les structures, de ces récepteurs. Leurs structures est beaucoup plus simple que celle de la GYM A et l’activité biologique est plus faible que la molécule naturelle. Toutefois, ces résultats montrent bien que le motif spiroimine est l’un des pharmacophore de la GYM A. / Gymnodimines, spirolides, pinatoxines and pteriatoxines constitute a family of marine toxins with complex structures. They are produced in small quantities by marine microorganisms called dinoflagelles. These toxins are known to block the nicotinic acetylcholine receptors (nAChR), but the exact mode of action remains to be determined. Different biological tests showed that the spiroimine moiety, common feature to all these molecules, is the main pharmacophore, indispensable for the inhibitive activity. This Ph.D. work has been focused on the synthesis of the spiroimine fragment of the (–)-gymnodimine A, for pharmacological studies of these structures. In a first part, the formation of the quaternary carbon was developped around the Tsuji-Trost reaction. Good yield and enantiomeric excess were obtained. During our work with modele substrate, an original approach was used to functionnalize the allyl chain. We realized a cross metathesis followed by an oxidative cleavage to form an aldehyde used to synthezise the wished spirolactone. After some functional arrangements, a Staudinger cyclisation has been involved to isolate the expected spiroimines. Then, Tsuji-Trost reaction was applied to more functionnalized substrates for a future total synthesis. In a second time, an asymmetric decarboxylative allylation from Beta-cétoesters, was used to form the stereogenic center with good yield and enantiomeric excess. A short synthetic route was developped for the synthesis of the spiroimine moiety. After an isomerisation of the allylic chain, compounds were involved in a 1,3-cycloaddition between an alcene and an azide to form the wished spiroimines. The generalization of the method was just begun. Three spiroimines were isolated and biologically evaluated on nAChRs. Their structure were simpler than GYM A but they show an antagonist effect and even a blocking effect according to the molecule. Their biological activities were lower than the natural product but these results show that spiroimine moiety is one of the pharmacophore of the GYM A.

Les gymnodimines, les spirolides, les pinnatoxines et les ptériatoxines constituent une famille de toxines d’origine marine de structures complexes, produites en faibles quantités par des microorganismes marins appelés dinoflagellés. Ces toxines sont connues pour bloquer les récepteurs nicotiniques de l’acétylcholine (nAChRs) sans que leurs modes d’action ne soient connus avec précision. D’après les différents tests biologiques réalisés à ce jour, il semblerait que le motif spiroimine, commun à toutes ces molécules, soit le pharmacophore principal, indispensable pour toute activité antagoniste. Le 13 dem SPX est un composé qui appartient à la famille des toxines à imines cycliques. Sa structure complexe présente un cœur à imine cyclique original, un macrocycle possédant un motif bis-spiroacétal et un buténolide. Actuellement aucune synthèse totale de ce composé n’a été publiée. L’ensemble du travail présenté dans ce manuscrit a été consacré à des études pour synthétiser, d’une part, le cœur imine spirocyclique et d’autre part, à la préparation d’un intermédiaire avancé pour parvenir à la synthèse totale de ce composé.Dans un premier temps une étude méthodologique pour synthétiser des spiroimines simplifiées optiquement actives a été réalisée. Une approche originale et convergente à été développée reposant sur des réactions d’ADc asymétrique, d’isomérisation et de cycloaddition-[3+2] 1,3-dipolaire, à partir de substrats facilement accessibles.Dans un second temps nous avons exploré deux voies synthétiques pour parvenir à un intermédiaire avancé pour la synthèse du 13 SPX C. Pour ce faire, deux approches ont été envisagées. Seule la stratégie reposant sur des étapes d’addition-1,2 d’un nucléophile, suivie d’une cyclisation pour obtenir les composés spirocycliques puis hydrogénation par l’iridium(I) cationique a été abordée au cours de ces travaux. / Gymnodimines, spirolides, pinnatoxines and pteriatoxines constitute a family of marine toxins with complex structures. They are produced in small quantities by marine microorganisms called dinoflagellates. These toxins are known to block the nicotinic acetylcholine receptors (nAChR), but the exact mode of action remains to be determined. Biological tests have showed that the spiroimine moiety, the common feature of these molecules, is the main pharmacophore, essential for the antagonist activity. 13-dem SPX C belongs to the cyclic imine toxin family. Its complex structure shows an original cyclic imine core, a macrocycle that bears bis spiroketal moiety and a butenolide. Currently, no total synthesis of this toxin has been achieved. This Ph.D. work has been focused on methodological studies to synthesize cyclic imine core of 13-dem SPX C and on the synthesis of a very functionalized compound to reach 13-dem SPX C.In the first part, a methodological work to synthesize simple optically active spiroimines was achieved. This original 3 steps sequence was based on asymmetric ADc reactions, isomerization and 1,3-dipolar [3+2]-cycloaddition from easily accessible cycloketones.In the second time we imagined two synthetic ways to reach a highly functionalized moiety of 13-dem SPX C. Only the way that relies on 1,2-addition of nucleophile followed by a cyclization to get spirocyclic patterns and an iridium(I) catalyzed hydrogenation of endo alkene was tested.

Membrane protein dynamics is of great importance for living organisms. The precise localization of proteins composing a synapse on the membrane facing a nerve terminus is essential for proper functioning of the nervous system. In muscle fibers, the nicotinic acetylcholine is densely packed under the motor nerve termini. A receptor associated protein, rapsyn, acts as a linker between the receptor and the other components of the synaptic suramolecular assembly. Advances in fluorescence microscopy have allowed to measure the behavior of a single receptor in the cell membrane. In this work single-molecule microscopy was used to track the motion of ionotropic acetylcholine (nAChR) and serotonin (5HT3R) receptors in the plasma membrane of cells. We present methods for measuring single-molecule diffusion and their analysis. Single molecule tracking has shown a high dependence of acetylcholine receptors diffusion on its associated protein rapsyn. Comparing muscle cells that either express rapsyn or are devoid of it, we found that rapsyn plays an important role on receptor immobilization. A three-fold increase of receptor mobility was observed in muscle cells devoid of rapsyn. However, in these cells, a certain fraction of immobilized receptors was also found immobile. Furthermore, nAChR were strongly confined in membrane domains of few tens of nanometers. This showed that membrane composition and membrane associated proteins influence on receptor localization. During muscle cell differentiation, the fraction of immobile nAChR diminished along with the decreasing nAChR and stable rapsyn expression levels. The importance of rapsyn in nAChR immobilization has been further confirmed by measurements in HEK 293 cells, where co-expression of rapsyn increased immobilization of the receptor. nAChR is a ligand-gated ion-channel of the Cys-loop family. In mammals, members of this receptor family share general structural and functional features. They are homo- or hetero-pentamers and form a membrane-spanning ion channel. Subunits have three major regions, an extracellular ligand binding domain, a transmembrane channel and a large intracellular loop. 5HT3R was used as a model to study the effect of this loop on receptor mobility. Single-molecule tracking experiments on receptors with progressively larger deletions in the intracellular loop did not show a dependence of the size of the loop on the diffusion coefficient of mobile receptors. However, two regions were identified to play a role in receptor mobility by changing the fractions of immobile and directed receptors. Interestingly, a prokaryotic homologue of cys-loop receptors, ELIC, devoid of a large cytoplasmic loop was found to be immobile or to show directed diffusion similar as the wild-type 5HT3R. The scaffolding protein rapsyn stabilizes nAChR clusters in a concentration dependent manner. We have measured the density and self-interactions of rapsyn using FRET microscopy. Point-mutations of rapsyn, known to provoke myopathies, destabilized rapsyn self-interactions. Rapsyn-N88K, and R91L were found at high concentration in the cytoplasm suggesting that this modification disturbs membrane association of rapsyn. A25V was found to accumulate in the endoplasmic reticulum. Fluorescent tools to measure intracellular concentration of calcium ions are of great value to study the function of neurons. Rapsyn is highly abundant at the neuromuscular junction and thus is a genuine synaptic marker. A fusion protein of rapsyn with a genetically encoded ratiometric calcium sensor has been made to probe synapse activity. This thesis has shown that the combined use of biologically relevant system and modern fluorescence microscopy techniques deliver important information on pLGIC behaviour in the cell membrane. / <p>QC 20151217</p>

Nicotine exerts a therapeutic effect in ulcerative colitis (UC) but the mechanism underlying this effect, is not clear. However, this effect may imply that nicotine has some, as yet to be discovered, effect on the immune system. The aim of the work described in this thesis was to characterise the nicotinic acetylcholine receptors (nAChRs) on human peripheral blood lymphocytes in term of receptor subtype. To achieve this, a combination of radioligand binding assays, pharmacological and molecular biological techniques were used. The data obtained from the binding studies suggested that the presence of one binding site for (-)- nicotine on human peripheral blood lymphocytes with a Kd 15 ± 5.759 nM (1.5 ± 5.759 x 10-8 M) and Bmax 2253 ± 409 sites/cell. The competition studies showed that ligands competing with [3H]-(-)-nicotine were (-)-nicotine, epibatidine and α-bungarotoxin, while others ligands for nAChRs displaced radiolabelled nicotine in insignificant quantities. Thus, radioligand-binding experiments suggest that the binding site for nicotine on human peripheral blood lymphocytes is a nAChR containing α7 and possibly α4 or/and b2 containing nAChR subunits. No evidence was obtained to suggest the presence of a non-cholinergic nicotine receptor. Furthermore, considerable subject to subject variation in the specific binding of radiolabelled nicotine was observed. Because of this only tentative conclusions could be drawn from radioligand binding data. Polymerase chain reaction (RT-PCR) was then used to demonstrate mRNA for the subunits of nAChRs suggested by radioligand binding studies. Data obtained show that the human peripheral blood lymphocytes tested, expressed mRNAs for α4, α5, α7, β2 neuronal nAChRs subunits and β1 muscle nAChR subunit. Expression of the α5 mRNA subunit of nAChR was observed in the lymphocytes in each sample of lymphocytes tested. In contrast, the expression pattern of mRNAs for α4, α7, β1, and β2 mRNAs subunits of nAChRs, varied between individuals. Finally, Western blot analysis was used to confirm that mRNA expression resulted in the expression of protein for nAChR subunits in human peripheral lymphocytes using monoclonal antibodies against α4, α5, α7, and β2 nAChR subunits, which had been detected by RT-PCR. The results obtained from the Western blot analysis show that protein for α4, α5, and α7 nAChR subunits was expressed in most, but not all of the human peripheral blood lymphocyte samples tested and some of the bands obtained were faint. In contrast, protein for the β2 nAChR subunit was observed in a few samples tested and the bands were faint. From the results obtained in this study, it is possible to conclude that human peripheral blood lymphocytes may contain nAChRs with subunit compositions of α4β2, α4β2α5, and/or α7. However, further studies are necessary to show whether or not the single binding site for nicotine demonstrated by radioligand binding experiments is due to one or all of these nAChRs. Thus, the findings of the present study suggest the presence of nAChR on human peripheral blood lymphocytes. Nicotine and its effect may occur through these non- neuronal nAChRs mechanisms. Such a mechanism of action could account for the beneficial of nicotine in ulcerative colitis. Furthermore, a compound that acts on these receptors, but not on nAChRs found on other cells may have therapeutic utility in the treatment of inflammation.

La plasticité synaptique est une importante propriété du système nerveux, impliquée dans l’intégration de l’information. Cette plasticité a généralement été décrite par des changements aux niveaux pré et postsynaptiques. Notamment, l’efficacité présynaptique, soit la probabilité de libération de neurotransmetteurs associée au contenu quantique d’une synapse, peut être augmentée ou diminuée selon l’activité antérieure de la synapse. Malgré cette caractérisation, les mécanismes à l’origine de la détermination de l’efficacité présynaptique demeurent obscurs. Également, la plasticité synaptique reste encore mal définie au niveau glial, limitant, de ce fait, notre compréhension de l’intégration de l’information. Pourtant, la dernière décennie a mené à une redéfinition du rôle des cellules gliales. Autrefois reléguées à un rôle de support passif aux neurones, elles sont désormais reconnues comme étant impliquées dans la régulation de la neurotransmission. Notamment, à la jonction neuromusculaire (JNM), les cellules de Schwann périsynaptiques (CSPs) sont reconnues pour moduler l’efficacité présynaptique et les phénomènes de plasticité. Un tel rôle actif dans la modulation de la neurotransmission implique cependant que les CSPs soient en mesure de s’adapter aux besoins changeants des JNMs auxquelles elles sont associées. La plasticité synaptique devrait donc sous-tendre une forme de plasticité gliale. Nous savons, en effet, que la JNM est capable de modifications tant morphologiques que physiologiques en réponse à des altérations de l'activité synaptique. Par exemple, la stimulation chronique des terminaisons nerveuses entraîne une diminution persistante de l’efficacité présynaptique et une augmentation de la résistance à la dépression. À l’opposé, le blocage chronique des récepteurs nicotiniques entraîne une augmentation prolongée de l’efficacité présynaptique. Aussi, compte tenu que les CSPs détectent et répondent à la neurotransmission et qu’elles réagissent à certains stimuli environnementaux par des changements morphologiques, physiologiques et d’expression génique, nous proposons que le changement d'efficacité présynaptique imposé à la synapse, soit par une stimulation nerveuse chronique ou par blocage chronique des récepteurs nicotiniques, résulte en une adaptation des propriétés des CSPs. Cette thèse propose donc d’étudier, en parallèle, la plasticité présynaptique et gliale à long-terme, en réponse à un changement chronique de l’activité synaptique, à la JNM d’amphibien. Nos résultats démontrent les adaptations présynaptiques de l’efficacité présynaptique, des phénomènes de plasticité à court-terme, du contenu mitochondrial et de la signalisation calcique. De même, ils révèlent différentes adaptations gliales, notamment au niveau de la sensibilité des CSPs aux neurotransmetteurs et des propriétés de leur réponse calcique. Les adaptations présynaptiques et gliales sont discutées, en parallèle, en termes de mécanismes et de fonctions possibles dans la régulation de la neurotransmission. Nos travaux confirment donc la coïncidence de la plasticité présynaptique et gliale et, en ce sens, soulèvent l’importance des adaptations gliales pour le maintien de la fonction synaptique. / Synaptic plasticity is a major property of the nervous system, believed to be at the basis of neuronal information processing. This plasticity has been generally described with pre and postsynaptic adaptations. Notably, presynaptic efficacy, referring to the probability of transmitter release associated with the quantal content of a synapse, can be increased or decreased according to the previous history of synapses. Despite this characterization, the mechanisms implicated in the activity-dependent determination of synaptic efficacy remain unknown. Moreover, synaptic plasticity has never been described in terms of glial adaptations, thus limiting our comprehension of neuronal information processing. Nevertheless, the past decade has lead to a redefinition of glial cells functions. Relegated to a passive role of neuronal support in the past, glial cells are now known to be involved in the regulation of neurotransmission. For instance, at the neuromuscular junction (NMJ), perisynaptic Schwann cells (PSCs) are believed to modulate synaptic efficacy and plasticity. Such an active role requires, however, that PSCs adapt to the changing needs of NMJs. Thus, synaptic plasticity must underlie glial plasticity. At the NMJ, changes in synaptic activity result in several morphological and physiological adaptations. Among others, chronic nerve stimulation was shown to decrease synaptic efficacy and short-term depression. Conversely, chronic blockade of postsynaptic nicotinic receptors increases synaptic efficacy. Given that PSCs can detect and respond to neurotransmission with a calcium elevation and that they react to environmental stimuli with morphological, physiological and gene expression adaptations, we propose that prolonged changes in synaptic efficacy, induced by chronic nerve stimulation or chronic blockade of nicotinic receptors, would lead to PSCs adaptations. Thus, in this thesis, we studied, in parallel, long-term presynaptic and glial plasticity, in response to chronic changes in synaptic activity, at the amphibian NMJ. Our results show presynaptic adaptations of synaptic efficacy, short-term plasticity, mitochondrial content and calcium signalling. They also reveal several adaptations of PSCs, related to their sensitivity to neurotransmitters and their calcium responses properties. These presynaptic and glial adaptations are discussed, in parallel, in terms of possible mechanisms and functions in the regulation of neurotransmission. Our work also confirms the coincidence of presynaptic and glial plasticity and, therefore, raises the importance of glial adaptations for the maintenance of synaptic function.

Spinal neurons are important in several aspects motor control. For example, the neurons essential for locomotor movements reside in the ventral spinal cord. In this thesis, different motor control functions are being related to neuronal populations defined by their common expression of a gene. First, a targeted disruption of the gene for vesicular glutamate transporter 2 (Vglut2/ Slc17a6) is described. The mutant animals die at birth because of their inability to breathe. The neuronal network in the brainstem, responsible for inspiration, was shown to become non-functional by the targeted deletion of Vglut2. To our surprise, it was still possible to induce rhythmic activity with normal left/right alternation in spinal cords isolated from VGLUT2-null embryos. Inconsistent reports of Vglut1 expression in the spinal cord made us re-evaluate the Vglut1 and Vglut2 expressions. While Vglut2 expression was widespread in the spinal cord, Vglut1 expression was restricted to a few cells dorsal to the central canal.  Taken together, the data suggest that, glutamatergic signaling is mandatory to drive the bilateral breathing, but not needed for coordination of basal alternating spinal locomotor rhythm. Next, a screen for genes with restricted ventral expression was made. Some of the genes found could be connected to the characteristics of specific neuronal cell populations. For example, fast motor neurons were shown to express the genes Calca and Chodl. Further, we found the Chrna2 expression selectively in putative Renshaw cells. It seems likely that the gene product, the alpha2 subunit of the nicotinergic receptor, could be linked to the unique connection of motor neurons to Renshaw cells. We used the Chrna2 promoter to drive expression of Cre recombinase in a transgenic mouse. The Cre activity was present in most neurons labeled with Renshaw cell markers, which should make it a useful tool for functional studies of this population. The studies presented here show how the genes expressed in subsets of neurons can be used to target populations of neurons for functional studies of neuronal systems.

Aufgabenstellung Bei Milchkühen wird häufig in Verbindung mit Leistungsminderung und Gesundheits-störungen von einer Überlastung der Leber gesprochen. Makroskopisch sichtbare Veränderungen dieses Organes bei Not-, Krank-, aber auch bei Normalschlachtun-gen scheinen diese Meinung zu unterstützen. Da sich z.B. von 1950 mit 1851 kg bis 1985 mit 4370 kg (3,5% Fett) die durchschnittliche Jahresmilchleistung der Kühe in der DDR mehr als verdoppelte, Stammkühe sogar 7255 kg erreichten, wird aus die-ser Leistungsentwicklung und den damit verbundenen Anforderungen z. T. unkritisch schnell auf ein Leberversagen geschlossen, besonders dann, wenn zusätzliche Qua-litätsmängel des Futters vorliegen. Eine klinische Objektivierung des Leberzustandes wird allgemein für schwierig und die therapeutische Beeinflussbarkeit für wenig aus-sichtsreich gehalten. Aus dieser Situation wurde die Aufgabe abgeleitet, - das gegenwärtige Vorkommen von Leberschäden beim Rind zu erfassen und zu analysieren - die Bedeutung des Buttersäureeinflusses, der peripartalen Fütterung, eines Fut-terentzuges sowie einer medikamentell stimulierten Lipolyse für die Entstehung von Leberschäden und die Entwicklung pathologischer Prozesse zu untersuchen - die Diagnostik von Leberschäden bei Berücksichtigung von Belangen der tierärzt-lichen Praxis zu objektivieren und - Möglichkeiten zur medikamentellen Entlastung der Leber sowie ausgewählter Präparate auf leberschädigende Effekte zu prüfen Bei der Bearbeitung bildeten die Lipidansammlung als die häufigste Schädigungsart der Leber sowie die freien Fettsäuren (FFS) im Blut und ihre Beziehung zu Kriterien der Leberfunktion den Schwerpunkt. Material und Methodik Das Vorkommen von Leberschäden wurde analysiert in - 2 Milchproduktionsbetrieben (A und B) an 22 bzw. 18 SMR-Kühen mit einer Jah-resmilchleistung von 4500 bzw. 5350 kg FCM im peripartalen Zeitraum - während 5-jähriger Stoffwechselkontrollen nach TGL 34313 in einem Bezirk bei Kühen 2 bis 8 Wochen p. p. mit einem Leistungsniveau zwischen 3500 bis 5000 kg FCM - an 336 Rindern einer Medizinischen Tierklinik in den Jahren 1978 bis 1987 - an 941 not- und krankgeschlachteten Rindern (895 Kühe, 46 Mastbullen) zweier Sanitätsschlachtbetriebe (SSB A und B) mit klinisch-chemischen (hpts. Bilirubin und ASAT im Blut sowie Leberlipide) und z. T. histologischen Methoden. Zur Ätiologie und Pathogenese von Leberschäden erfolgten Untersuchungen bei - subakuter intraruminaler Buttersäurebelastung (0,5-, 1,0-,2,0 g/kg KM) an 42 Rin-dern - 95 Kühen im peripartalen Zeitraum mit unterschiedlicher Fütterung, und zwar • energiereich in der Trockenperiode (a. p.), bedarfsgerecht p. p. • energiereich a. p., energiereduziert p. p. • energiereduziert ab 4 bis 2 Wochen a. p., bedarfsgerecht p. p. • nach den Angaben des DDR-Futtermittelbewertungssystemes - 10 Kühen und Schafen während 3-, 10- und 12-tägigen Futterentzuges sowie bei - Intravenöser Adrenalinapplikation (3 Kühe, 0,5 mg/100 kg KM) durch komplexe klinisch-chemische und histologische Analysen mit den Schwerpunk-ten Leberlipide sowie FFS, Bilirubin, ASAT, Ketonkörper und Glucose im Blut unter Einbeziehung weiterer Kriterien des Kohlenhydrat-, Fett-, Eiweiß- und Mineralstoff-wechsels, des Säure-Base-Haushaltes sowie von Hormonen. Die Diagnostik von Leberschäden wurde bearbeitet durch - methodische Untersuchungen zum Tagesverlauf der FFS sowie zum Einfluss ei-ner Adrenalinapplikation (9 bzw. 6 Rinder) - Vergleich zwischen indirekter (Leberschwimmprobe) und direkter Leberlipid-bestimmung (59 Kühe) - Analyse verschiedener Leberfunktions- und Stoffwechselparameter im periparta-len Zeitraum (40 Kühe) - Analyse der Befunde von 101 not- und krankgeschlachteten Kühen. In den Mittelpunkt wurden dabei die Leberlipide und die diagnostische Aussagefä-higkeit der FFS in Beziehung zu weiteren klinisch-chemischen sowie histologischen Parametern gestellt. Eine leberentlastende Wirkung wurde für Nicotinsäure an 20 Kühen bei 3 Tagen Futterentzug (5 und 10 g/d) sowie an 35 Kühen peripartal 1 Wo-che a. p. und 2 Wochen p. p. bei verschiedenen Dosierungen und z. T. Energiere-striktion, für Biliton® (Dehydrocholsäure) (5,5 g/d) an 9 Kühen peripartal sowie an 5 kranken Rindern getestet. Die Prüfung möglicher leberschädigender Effekte von ACTH (0,5, 0,6 und 1,0 IE/kg KM) und Glucocorticosteroiden (Prednisolut® - 0,5 mg/kg FM; Prednisolon 0,2, 04 und 0,6 mg/kg KM) erfolgte bei ein- und fünftägiger Applikation an 10 Schafen und 26 Kühen sowie für Phenylbutazon® (5 g/d) an 5 Kü-hen peripartal. Die zum Wirkungsnachweis eingesetzten Untersuchungsmethoden umfassten komplex klinisch-chemische Kriterien, im peripartalen Zeitraum auch Leis-tungsparameter sowie z. T. histologische Befundungen. Von den erzielten Ergebnissen lassen sich folgende Thesen ableiten: Thesen 1. Leberschäden dominieren bei Kühen in der Phase der Frühlaktation und zu-sätzlich ausgangs der Winterfütterung. Ketose, Geburts- und Puerperalstörun-gen, entzündliche Prozesse und Indigestionen sind häufig von Leberschäden begleitet. Deshalb hat der Fütterung und Haltung der hochträchtigen und frischabge-kalbten Kühe, der ausgehenden Winterfütterung und der Verhütung der o. g. Krankheiten auch zur Prophylaxe von Leberschäden besondere Aufmerksam-keit zu gelten. 2. Untersuchungen in 2 Betrieben zufolge kommt die Leberverfettung bei 27% bzw. 56% der Milchkühe (4500, 5350 kg FCM) 1 bis 4 Wochen p. p. vor. Im gleichen Zeitraum liegen pathologische ASAT-Aktivitäten und Bilirubinkonzent-rationen bei 41% bzw. 56% der Kühe vor. Ihr Anteil verringert sich (21% bzw. 24%), wenn der Untersuchungszeitraum bis auf 8 Wochen p. p. ausgedehnt wird. 3. In den letzten 20 Jahren ist eine Verschiebung der Häufigkeit von Krankheiten mit Leberschäden zu beobachten. So treten hämolytische Anämien seltener auf. Fast die Hälfte der not- und krankgeschlachteten Kühe hat eine makroskopisch veränderte Leber. In ihnen überwiegt eindeutig die Leberver-fettung (55%) gegenüber reaktiv-entzündlichen (29%) und degenerativen Pro-zessen (16%). 4. Die Hauptursache gesteigerter Lipidkonzentrationen in der Leber von Milchkü-hen p. p. ist eine energetische Überfütterung in der Trockenstehperiode. Der Lipidgehalt der Leber steigt noch weiter an, wenn derartige Kühe vor der Ge-burt nicht mehr ausreichend energetisch versorgt werden. Deshalb ist der Hauptweg zur Verhütung der postpartalen Leberverfettung in der Fütterung der Milchkühe nach den Angaben des DDR-Futtermittelbewertungssystemes zu sehen. 5. Dreiwöchige Buttersäurebelastung verursacht keine Leberschädigung. Zu be-achtlicher Fettansammlung in der Leber kommt es dagegen, wenn Kühen 3 Tage das Futter entzogen wird. Die bei der Verfütterung qualitätsgeminderter Silage oft zu beobachtenden Leberschäden haben demnach nicht unmittelbar ihre Ursache in dem hohen Buttersäuregehalt, sondern sind auf andere Fakto-ren zurückzuführen, zu denen u. a. auch die energetisch unzureichende Ver-sorgung zu zählen ist. Auch im Interesse der Verhütung von Leberschäden hat der Produktion von Silagen bester Qualität alle Aufmerksamkeit zu gelten. 6. Pathogenetisch geht der postpartalen Leberverfettung ein Konzentrationsan-stieg der FFS voraus. Sie erreichen ihr Maximum 1 Woche p. p. und damit früher als die Leberlipide. Umgekehrt folgt den sinkenden FFS-Konzentrationen auch eine Abnahme der Leberlipidkonzentration. Bei Futter-entzug wird die fehlende Energieaufnahme schnell durch einen deutlichen Konzentrationsanstieg der FFS angezeigt. 7. Bei Energiemangel besteht eine gesicherte Beziehung (p ≤ 0,01) zwischen FFS und Bilirubin. Eine solche besteht auch, wenn die FFS-Konzentration durch i. v. Adrenalingaben gesteigert wurde. Dieser kausale Zusammenhang wird in der Literatur mit der Konkurrenz beider Metabolite um ein mikrosoma-les Transportprotein in den Leberzellen gedeutet. 8. In Energiemangelsituationen (postpartal, Futterentzug) treten regelmäßig stei-gende ß-OH-Butyrat (BHB)- Konzentrationen auf. Sie sind gegenüber dem Anstieg der FFS zeitlich versetzt und werden von Glucosekonzentrationen im Blutplasma bis gegen den unteren Grenzbereich als Zeichen der Kohlenhyd-ratverarmung begleitet. 9. Die Aktivität der ASAT ist postpartal durch puerperale Einflüsse (Karunkelab-bau u. a.) sowie Körpermasseverlust (Proteinabbau in Muskelzellen), nicht aber bei Futterentzug gesteigert. Die postpartal bestehenden gesicherten Be-ziehungen zwischen ASAT-Aktivität und Leberlipidkonzentration sind mittelba-rer Art. ASAT-Aktivitäten und BHB-Konzentration verlaufen nicht regelmäßig parallel. 10. Klinische Störungen gehen peripartal überwiegend mit erhöhten Leberlipid-konzentrationen einher. Keine Beziehungen bestehen zwischen Konzeptions-erfolg einerseits und den Konzentrationen der FFS und Leberlipide 1 und 2 Wochen p. p. andererseits. Bei später zuchtuntauglichen Kühen liegen die Pa-rameter Ketonkörper, Leberglycogen und die GGT im peripartalen Zeitraum gehäuft außerhalb des xˉ ± s-Bereiches. Gesichert indirekt bzw. direkt korrelie-ren die Fruchtbarkeits- und Milchleistungen mit dem Körpermasseverlust p. p.. Die individuellen Unterschiede zwischen Kühen sind beachtenswert. 11. Zur indirekten Bestimmung der Lipidkonzentration in der Leber eignet sich die Schwimmprobe. Für die Beziehung zwischen relativer Dichte (y) sowie der Lipidkonzentration (x) gilt die Beziehung y=1,095 – 0,002 x bzw. x=500(1,095-y). Die Leberschwimmprobe wird zur Anwendung in der tierärztli-chen Praxis empfohlen. Bei der Interpretation der Lipidkonzentration ist die Abhängigkeit vom Laktationsstadium zu berücksichtigen. Peripartal besteht eine gesicherte Beziehung (p ≤ 0,001) zwischen Energiedefizit und Konzentra-tion der Leberlipide. 12. Der chemisch bestimmbare Fettgehalt der Leber korreliert über eine Exponen-tialfunktion (p ≤ 0,001) mit dem histologisch in 4 bzw. 7 Klassen befundeten, jedoch liegen bei histologisch gering- und mittelgradigen Fettablagerungen i.d.R. chemisch noch keine unphysiologischen Lipidkonzentrationen vor. Die diagnostische Bedeutung der Gesamtlipidkonzentration in der Leber hängt von ihrer Genese ab und ist begrenzt. 13. Auf eine Leberverfettung kann diagnostisch mit hoher Sicherheit geschlossen werden, wenn die Konzentration der FFS, des Bilirubins und der Ketonkörper im Blut bzw. der FFS-Triglycerid-Quotient gesteigert sind. Das BHB verdient gegenüber den Gesamtketonkörpern den Vorzug, da es enger mit dem Leber-lipidgehalt korreliert. Pathologische Leberlipidkonzentrationen sind häufig, aber nicht immer mit erhöhten ASAT-Aktivitäten verbunden. 14. Bei der Interpretation der Parameter FFS, Bilirubin, Ketonkörper, ASAT und Leberlipide sind Einflüsse durch das Laktationsstadium, bei den FFS zusätz-lich durch Stress sowie bei FFS und BHB durch die Fütterung zu berücksichti-gen. Stress- und fütterungsbedingte Veränderungen erreichen aber nicht das Ausmaß wie z. B. bei der klinischen Ketose. 15. Eine klinisch-chemische Differenzierung reaktiv-entzündlicher und degenerati-ver Leberveränderungen ist mit den Parametern ASAT, GGT und Gesamtlipi-de möglich. Die ALAT verdeutlicht den Schweregrad von Leberschäden. 16. Triglyceride und Gesamtlipide widerspiegeln unterschiedliche Fütterungsin-tensität peripartal nur gering. Der FFS-Triglycerid-Quotient korreliert zwar eng mit dem Leberfett, rechtfertigt diagnostisch den Bestimmungsaufwand aber nicht. Blutglucose und Leberglycogen stehen zum Leberfett in negativer Be-ziehung. Gesamteiweiß, Harnstoff, Creatinin, Albumin und Cholesterol lassen nur in Einzelfällen bzw. nur bei schweren Leberalterationen gerichtete Kon-zentrationsabweichungen erkennen. 17. Zur Diagnostik von Leberschäden sind unter Berücksichtigung praktischer As-pekte zu empfehlen: - für den Tierarzt in der Praxis: die Leberschwimmprobe - für BIV und vergleichbare Einrichtungen: 1. Stufe - Bilirubin und Ketonkörper (gegebenenfalls differenziert) 2. Stufe - zusätzlich FFS, GLDH, GGT, ASAT, (ALAT) 3. Stufe - histologische Untersuchungen von Leberbioptat, Leberlipide, -glycogen, gegebenenfalls unter Klinikbedingungen Leberfunktionsproben (Bromsulphthalein, Indocyaningrün) 18. Nicotinsäure zeigt bei Futterentzug sowie im peripartalen Zeitraum günstige Effekte auf den Kohlenhydratstoffwechsel wirkt antiketogen, senkt den Biliru-binspiegel, schränkt aber die Lipolyse peripartal nicht nachhaltig ein. Nicotin-säureamid hat peripartal die gleichen Wirkungen. Die Anwendung der Nicotin-säure ist besonders zur Pro- und Metaphylaxe der Ketone zu empfehlen, ihre begrenzte Wirkung auf die Lipolyse unterstreicht aber mit Nachdruck, dass der Verhütung einer gesteigerten Lipolyse mit Leberverfettung alle Aufmerksam-keit zu widmen ist. 19. Dehydrocholsäure (Biliton®) beeinflusst den Stoffwechsel von Milchkühen postpartal durch Senkung der Bilirubin-, BHB- und FFS-Konzentrationen sowie ASAT-Aktivitäten günstig. Gleiche therapeutische Effekte können bei der Be-handlung von Kühen mit Ketose und Indigestionen erzielt werden. Biliton® kann ergänzend zur Leberschutztherapie zur Behandlung von Leberkrankhei-ten empfohlen werden. Bei sekundären Stoffwechselveränderungen ist die Elimination der primären Störung Voraussetzung für den Therapieerfolg. 20. Phenylbutazon® beeinflusst als Prostaglandin-Synthesehemmer den Fett-stoffwechsel. In der ersten Woche p.p. appliziertes Phenylbutazon® hat auf den Stoffwechsel, die Milch- und Fruchtbarkeitsleistungen negative Auswir-kungen. Sein Einsatz sollte in Belastungssituationen nicht unkritisch erfolgen. 21. Der Literatur sind mögliche negative Auswirkungen von ACTH und Glucocor-ticoiden auf den Fettstoffwechsel und die Leberfunktion zu entnehmen. Ver-änderungen der FFS-Konzentrationen im Blutplasma konnten aber experimen-tell weder nach einmaliger Gabe von ACTH und Prednisolut an Schafen, noch während fünftägiger Prednisolongaben an Rindern beobachtet werden. Auch die bei den Rindern durchgeführten histologischen Untersuchungen der Le-berbioptate erbrachten keinerlei Veränderungen. 22. Gegenüber Prednisolon® (100 und 300 mg/Kuh) steigert eine einmalige ACTH-Applikation (300 IE/Kuh) die Glucosekonzentration im Blutplasma stär-ker, bis zum 3. Tag post applicationem bleibt die Glucosekonzentration nach Prednisolongabe aber auf einem höheren Niveau. Dasselbe trifft für das Ge-samteiweiß zu. Aufgrund dieser längeren Wirkungsdauer ist dem Prednisolon® therapeutisch der Vorzug z. B. bei der Behandlung der Ketose einzuräumen. 23. Aus den Untersuchungen geht insgesamt ein häufiges Vorkommen von Lipi-dablagerungen in der Leber von Rindern verschiedenen Ursprungs hervor. Ih-re Diagnostik ist sicher über Leberbiopsie bzw. weitgehend sicher über die Konzentration der FFS, des Bilirubins und des BHB im Blutplasma möglich. Die Bedeutung der Lipidablagerung für den Gesamtorganismus sowie die Rol-le hormoneller Dysfunktionen für die Entstehung von Leberschäden bedürfen weiterer Bearbeitung. Auch zur Therapie von Leberschäden sind neue Unter-suchungen erforderlich.

La plasticité synaptique est une importante propriété du système nerveux, impliquée dans l’intégration de l’information. Cette plasticité a généralement été décrite par des changements aux niveaux pré et postsynaptiques. Notamment, l’efficacité présynaptique, soit la probabilité de libération de neurotransmetteurs associée au contenu quantique d’une synapse, peut être augmentée ou diminuée selon l’activité antérieure de la synapse. Malgré cette caractérisation, les mécanismes à l’origine de la détermination de l’efficacité présynaptique demeurent obscurs. Également, la plasticité synaptique reste encore mal définie au niveau glial, limitant, de ce fait, notre compréhension de l’intégration de l’information. Pourtant, la dernière décennie a mené à une redéfinition du rôle des cellules gliales. Autrefois reléguées à un rôle de support passif aux neurones, elles sont désormais reconnues comme étant impliquées dans la régulation de la neurotransmission. Notamment, à la jonction neuromusculaire (JNM), les cellules de Schwann périsynaptiques (CSPs) sont reconnues pour moduler l’efficacité présynaptique et les phénomènes de plasticité. Un tel rôle actif dans la modulation de la neurotransmission implique cependant que les CSPs soient en mesure de s’adapter aux besoins changeants des JNMs auxquelles elles sont associées. La plasticité synaptique devrait donc sous-tendre une forme de plasticité gliale. Nous savons, en effet, que la JNM est capable de modifications tant morphologiques que physiologiques en réponse à des altérations de l'activité synaptique. Par exemple, la stimulation chronique des terminaisons nerveuses entraîne une diminution persistante de l’efficacité présynaptique et une augmentation de la résistance à la dépression. À l’opposé, le blocage chronique des récepteurs nicotiniques entraîne une augmentation prolongée de l’efficacité présynaptique. Aussi, compte tenu que les CSPs détectent et répondent à la neurotransmission et qu’elles réagissent à certains stimuli environnementaux par des changements morphologiques, physiologiques et d’expression génique, nous proposons que le changement d'efficacité présynaptique imposé à la synapse, soit par une stimulation nerveuse chronique ou par blocage chronique des récepteurs nicotiniques, résulte en une adaptation des propriétés des CSPs. Cette thèse propose donc d’étudier, en parallèle, la plasticité présynaptique et gliale à long-terme, en réponse à un changement chronique de l’activité synaptique, à la JNM d’amphibien. Nos résultats démontrent les adaptations présynaptiques de l’efficacité présynaptique, des phénomènes de plasticité à court-terme, du contenu mitochondrial et de la signalisation calcique. De même, ils révèlent différentes adaptations gliales, notamment au niveau de la sensibilité des CSPs aux neurotransmetteurs et des propriétés de leur réponse calcique. Les adaptations présynaptiques et gliales sont discutées, en parallèle, en termes de mécanismes et de fonctions possibles dans la régulation de la neurotransmission. Nos travaux confirment donc la coïncidence de la plasticité présynaptique et gliale et, en ce sens, soulèvent l’importance des adaptations gliales pour le maintien de la fonction synaptique. / Synaptic plasticity is a major property of the nervous system, believed to be at the basis of neuronal information processing. This plasticity has been generally described with pre and postsynaptic adaptations. Notably, presynaptic efficacy, referring to the probability of transmitter release associated with the quantal content of a synapse, can be increased or decreased according to the previous history of synapses. Despite this characterization, the mechanisms implicated in the activity-dependent determination of synaptic efficacy remain unknown. Moreover, synaptic plasticity has never been described in terms of glial adaptations, thus limiting our comprehension of neuronal information processing. Nevertheless, the past decade has lead to a redefinition of glial cells functions. Relegated to a passive role of neuronal support in the past, glial cells are now known to be involved in the regulation of neurotransmission. For instance, at the neuromuscular junction (NMJ), perisynaptic Schwann cells (PSCs) are believed to modulate synaptic efficacy and plasticity. Such an active role requires, however, that PSCs adapt to the changing needs of NMJs. Thus, synaptic plasticity must underlie glial plasticity. At the NMJ, changes in synaptic activity result in several morphological and physiological adaptations. Among others, chronic nerve stimulation was shown to decrease synaptic efficacy and short-term depression. Conversely, chronic blockade of postsynaptic nicotinic receptors increases synaptic efficacy. Given that PSCs can detect and respond to neurotransmission with a calcium elevation and that they react to environmental stimuli with morphological, physiological and gene expression adaptations, we propose that prolonged changes in synaptic efficacy, induced by chronic nerve stimulation or chronic blockade of nicotinic receptors, would lead to PSCs adaptations. Thus, in this thesis, we studied, in parallel, long-term presynaptic and glial plasticity, in response to chronic changes in synaptic activity, at the amphibian NMJ. Our results show presynaptic adaptations of synaptic efficacy, short-term plasticity, mitochondrial content and calcium signalling. They also reveal several adaptations of PSCs, related to their sensitivity to neurotransmitters and their calcium responses properties. These presynaptic and glial adaptations are discussed, in parallel, in terms of possible mechanisms and functions in the regulation of neurotransmission. Our work also confirms the coincidence of presynaptic and glial plasticity and, therefore, raises the importance of glial adaptations for the maintenance of synaptic function.