Le comportement animal est souvent conçu comme résultant d'une association entre un stimulus et une réponse. Selon cette vision, comprendre le cerveau revient à dénouer les liens entre les entrées sensorielles et les sorties motrices. Toutefois, dans des conditions naturelles, l'influence entre l'action motrice et la perception sensorielle est réciproque. Les animaux utilisent constamment les rétroactions sensorielles causées par leurs actions pour ajuster les commandes motrices. Par ailleurs, le comportement n'est pas seulement une réponse à l'environnement sensoriel mais peut être généré par l'activité endogène du cerveau. Afin de comprendre le dialogue sensorimoteur en observant de larges régions cérébrales à une résolution cellulaire, j'ai étudié les comportements induits et spontanés chez la larve du poisson-zèbre. Les atouts de la larve du poisson zèbre sont sa petit taille et sa transparence. On peut utiliser des méthodes d'imagerie fonctionnelle optique, comme la microscopie par nappe laser, afin d'enregistrer l'activité dans une large portion des neurones. Afin d'étudier le comportement de navigation chez la larve dans des conditions compatibles avec l'observation du cerveau, j'ai développé un système de réalité virtuelle visuelle pour la larve du poisson zèbre. L'environnement visuel est mis à jour en fonction des mouvements du poisson. Cette rétroaction peut être choisie comme étant similaire à la rétroaction visuelle que le poisson expérimente en nage libre. En modifiant la rétroaction visuelle naturelle, on peut étudier la manière dont la larve s'adapte aux perturbations. Dans cette optique, j'ai d'abord généré une librairie de mouvements de nage libre. A partir de celle-ci, j'ai extrait la relation entre la trajectoire de la larve et la cinématique de ses mouvements de queue. Cette relation permet de décoder les intentions de déplacements chez une larve dont la tête est restreinte dans un gel et de mettre à jour un environnement visuel selon ses mouvements de queue. Dans un environnement virtuel, la larve parvient à contrôler son orientation et sa vitesse afin de suivre un mouvement d'ensemble ou bien à générer une séquence de mouvements nécessaires à atteindre une cible mobile. Lorsque la rétroaction visuelle n'est pas mise à jour continuellement mais à la fin de chaque mouvement, on observe que les mouvements sont alors plus longs. Cette faible perturbation réduit significativement le succès des déplacements du poisson vers des cibles virtuelles. Le comportement peut aussi résulter de l'activité endogène du cerveau. En absence de stimulus externe, la larve produit des mouvements stéréotypés similaires à ceux produits lorsqu'elle navigue en réponse à un stimulus. Après avoir établit une nouvelle méthode de classification des mouvements de queue, j'ai analysé la séquence des mouvements générés spontanément. Ces séquences sont composées de successions quasi rythmiques qui alternent avec de longues périodes de repos. Les mouvements consécutifs sont davantage similaires lorsqu'ils s’enchaînent rapidement (~10s). Afin d'étudier les mécanismes neuronaux responsables de la décision d'effectuer un mouvement spontané, j'ai couplé l’imagerie par nappe laser à l'analyse des mouvements. Des résultats préliminaires mettent en évidence des groupes de neurones dont l'activité prédit la direction des mouvements des virages. Deux groupes repartis bilatéralement oscillent en opposition de phase et l'état de cet oscillateur avant un mouvement prédit sa direction. Les neurones responsables de la décision du type de mouvement à effectuer spontanément sont différents des neurones qui contrôlent le timing de leur déclenchement. Ensemble, ces résultats éclairent les processus de rétroaction et de dynamique interne qui façonnent le comportement et ouvre la voie à l'étude de processus sensorimoteurs complexes dans des systèmes simples. / Behavior is often conceived as resulting from a stimulus-response association. Under this paradigm, understanding the nervous system is reduced to finding the relation between a sensory input and a motor output. Yet, in naturally behaving animals, motor actions influence sensory perceptions just as much as the other way around. Animals are continuously relying on sensory feedback to adjust motor commands. On the other hand, behavior is not only induced by the sensory environment, but can be generated by the brain's rich internal dynamics. My goal is to understand the sensory-motor dialogue by monitoring large brain regions, yet, with a single-neuron resolution. To tackle this question, I have used zebrafish larva to study visually induced and internally driven motor behaviors. Zebrafish larvae have a small and transparent body. These features enable using large-scale optical methods, such as selective plane illumination microscopy (SPIM), to record brain dynamics. In order to study goal-driven navigation in conditions compatible with imaging, I developed a visual virtual reality system for zebrafish larva. The visual feedback can be chosen to be similar to what the animal experiences in natural conditions. Alternatively, alteration of the visual feedback can be used to study how the brain adapts to perturbations. For this purpose, I first generated a library of free-swimming behaviors from which I learned the relationship between the trajectory of the larva and the shape of its tail. I then use this technique to infer the intended displacements of head-fixed larvae. The visual environment was updated accordingly. In the virtual environment, larvae were capable of maintaining the proper speed and orientation in the presence of whole-field motion and produced fine changes in orientation and position required to capture virtual preys. I demonstrate the sensitivity of larvae to visual feedback by updating the visual world only after the discrete swimming episodes. This feedback perturbation induced a decay in the performance of prey capture behavior, suggesting that larva rely on real-time visual feedback during swimming. Behavior can also be induced by the internal dynamics of the brain. In the absence of salient sensory cues, zebrafish larva spontaneously produces stereotypical tail movements, similar to those produced during goal-driven navigation. After having developed a new method to classify tail movements, I analyzed the sequence of spontaneously generated tail movements. The latter switched between period of quasi-rhythmic activity and long episodes of rest. Moreover, consecutive movements were more similar when executed at short time intervals (~10s). In order to study the mechanisms responsible for the spontaneous decisions to move, I coupled SPIM to tail movement analysis. Using dimensionality reduction, I identified clusters of neurons predicting the direction of spontaneous turn movements but not their timings. This Preliminary result suggests that distinct pathways could be responsible for the timing (when) and the selection (what) of spontaneous actions. Together, the results shed light on the role of feedback and internal dynamics in shaping behaviors and open the avenue for investigating complex sensorimotor process in simple systems.

Un tiers de la thèse couvre la conception et le montage d'une expérience de stimulation tactile chez l'humain. En utilisant la microneurographie, nous avons pu enregistrer la réponse neuronale des mécanorécepteurs lorsqu'ils sont stimulés de façon précise et contrôlable. Notre dispositif permet le contrôle de la position, l¿orientation, la vitesse et de la force d'appui de la stimulation via une texture micro-usinée par nos soins. Ainsi les conditions sont réunies pour étudier de façon systématique la transduction de l'information tactile, qui se trouve d¿abord dans la surface à sonder puis passe dans le codage par les neurones du système nerveux. La seconde partie concerne le montage d'un microscope par nappe laser appliqué à l'enregistrement de l'activité neuronale d¿une larve de poisson-zèbre. Le but est de se doter d'un outil permettant d'observer la totalité de la chaîne de transmission de l'information mécano-sensorielle : du récepteur au cerveau. Les poissons sont génétiquement modifiés pour exprimer le rapporteur calcique GCaMP3 dans chacun de leurs neurones. Le microscope à nappe laser, où l'éclairement du spécimen se fait par le côté avec un faisceau laser scanné et l'observation se fait par le dessus selon un axe perpendiculaire au plan d'éclairement, permet d'augmenter à la fois la fréquence de prise d'images et la taille du champ enregistré par rapport aux techniques usuelles (microscope confocal ou 2-photons). Ces gains sont mis à profit pour étudier les corrélations entre les signaux de neurones distribués dans l'ensemble du cerveau de la larve du poisson-zèbre, et mettre directement à jour les sous-réseaux à l'œuvre au cours de l'activité cérébrale. / One third of the manuscript deals with the design of a set-up to deliver tactile stimulation to a human subject. Using microneurography, we recorded the neural response of the mecanoreceptors during a controlled stimulation. The set-up provides precise control over the position, the orientation, the speed and the loading force of a stimulus that we machined on a micro-mill. Thus we can study the transduction of the information, from initially contained in the surface geometry up to the neural coding. The second part shows the construction of Single Plane Illumination Microscope designed to record the neuronal activity of a zebrafish larva. We aim at recording the whole chain of transmission from the sensor to the brain. The fish are genetically modified to express the GCaMP3 calcium indicator in each of their neurons. With the SPIM, where the excitation light comes from the side of the specimen in the shape of a lightsheet and the observation is made from the top at a 90 degrees angle, we can increase the frame rate and the size of the field of view simultaneously, compared to usual techniques (confocal or 2-photons microscopes). These improvements are used to study the correlations between signals from neurons distributed all over the larva?s brain, and discover the underlying networks.

Le bon fonctionnement du système nerveux dépend de la précision avec laquelle sont formées les connexions synaptiques lors du développement embryonnaire et post-natal. La navigation des cônes de croissance vers leurs cibles dépend en dernier lieu de la réorganisation dynamique du réseau d’actine et de microtubules (MTs). Historiquement considérés comme les acteurs principaux de l'élongation axonale, les MTs ont été plus récemment impliqués dans des processus d'orientation du cône de croissance et de guidage axonal, montrant ainsi le rôle capital que les protéines associées aux microtubules (MAPs) peuvent jouer dans la navigation axonale. Notre équipe s’intéresse aux protéines appartenant à un sous-groupe des protéines AAA (pour ATPases Associated with diverse cellular Activities) comprenant trois enzymes de cassure des MTs : la spastin, la katanin et la fidgetin, ainsi que deux protéines apparentées à cette dernière, les fidgetin-like 1 et 2 L’analyse fonctionnelle de fidgetin-like 1 et katanin chez le poisson zèbre a permis de montrer le rôle différentiel de ces protéines dans le guidage axonal des Neurones Moteurs Spinaux (NMS). Finalement, nous avons évalué l’impact d’une modification post-traductionnelle de la tubuline, la polyglutamylation, sur le développement axonal des NMS et l’activité de cassure des microtubules par katanin. Notre étude de deux enzymes de polyglutamylation neuronales, TTLL6 et TTLL11, a mis en évidence le rôle différentiel de ces deux enzymes dans la navigation axonale des NMS, ainsi que l’influence de la polyglutamylation par TTLL6, mais pas par TTLL11, sur l’activité de cassure des MTs par katanin dans ce processus biologique. / The formation of a functional nervous system depends on the accuracy of its network wiring during embryonic and postnatal development. Axon outgrowth and navigation ultimately rely on the reorganization of the microtubule (MT) and actin networks. Historically considered as key players in axon extension, MTs have been gradually shown to play an instructive role in axon guidance decisions, which sheds new light on the potential involvement of MT-associated proteins (MAPs) in these navigational processes. Our team program aims at deciphering the differential role and functional redundancy of a few neuronal MT-associated ATPases, including the MT-severing spastin, katanin and the newly discovered fidgetin-like 1, in SMN axon outgrowth. During my PhD, I have first participated in the functional analysis of fidgetin-like 1, which has revealed that this ATPase controls SMN axon outgrowth via the regulation of MT plus-end dynamics. My main PhD project focused on the involvement of katanin in SMN development, which has established the pivotal role of this MT-severing enzyme in SMN axon targeting. Furthermore, I have explored the potential involvement of a MT post-translational modification, the tubulin polyglutamylation, in SMN axon outgrowth and navigation, and its influence on katanin MT-severing activity. Interestingly, my analysis of two neuronal MT polyglutamylases, TTLL6 and TTLL11, shows that these two enzymes differentially affect SMN axon outgrowth and pathfinding, and reveals the exclusive impact of TTLL6-mediated polyglutamylation on katanin MT-severing activity during this developmental process.

Chez le poisson zèbre, le muscle squelettique axial est composé de deux types de fibres musculaires différentes, les fibres lentes et les fibres rapides, organisées le long de l’axe antéro-postérieur et délimités par des frontières somitiques. Les cellules cuboïdes adaxiales, précurseurs des fibres lentes, sont les premières cellules musculaires à se différencier. En cours de somitogenèse elles s’allongent et migrent à partir de la notochorde radialement vers l’extérieur du somite formant une couche monocellulaire de fibres lentes mononuclées. Au sein de ces précurseurs en cours de réarrangement, se déroule l’initiation de la myofibrillogénèse. Ces premières étapes de formation des myofibrilles sont peu connues et nous aimerions comprendre les mécanismes sous-jacents liés à cette initiation. La structure et la composition du sarcomère sont conservées au cours de l’évolution, offrant la possibilité d’utiliser le poisson zèbre comme model afin de mieux comprendre les processus de myofibrillogénèse chez les Vertébrés et potentiellement d’expliquer l’origine des Myopathies Myofibrillaires qui affectent le développement des myofibrilles chez l’Homme. Récemment, nous avons montré que la perte de fonction la protéine Quaking A chez le poisson zèbre perturbait, entre autre, la maturation finale des fibres musculaires lentes. Cette protéine de liaison aux ARN fait partie de la famille des protéines à domaine STAR, elle possède généralement d’autres isoformes chez les Vertébrés. Au cours de ma thèse, j’ai identifié chez le poisson zèbre, par comparaison de séquence in silico, un homologue du gène qkiA que nous avons nommé qkiC. L’expression des gènes qkiA et qkiC est recouvrante sur le territoire des cellules adaxiales. Bien que la perte de fonction de QkiC n’ait aucuns effets sur développement des fibres lentes, la perte de fonction conjointe de QkiA et QkiC induit un phénotype cellulaire autonome sévère et ce, dès les stades précoce de myofibrillogénèse. Ensemble nos données suggèrent une interaction fonctionnelle des deux homologues dans les cellules adaxiales que nous avons cherché à comprendre et à décrire. Un phénotype similaire est induit par la perte de fonction des protéines Mef2C/D, Nous avons montré que ces deux voies agissent en parallèle afin d’initier et d’accompagner le programme de myofibrillogénèse. A 24hpf, une accumulation des protéines de Myosine et une dissection/désolidarisation des filaments épais sont observées dans les fibres lentes, fortement lié à une destruction importante de la bande-Z. Ces phénotypes sont similaires à ceux utilisés par les pathologistes pour décrire les Myopathies Myofibrillaires. Ainsi, notre étude montre un nouveau type de régulation précoce de la myofibrillogénèse et offre un model potentiel pour étudier chez le poisson zèbre les myopathies myofibrillaire. / In zebrafish, myotomes are organized along the antero-posterior axis within repeated units called somites. Contractile fibers are subdivided into two muscle cell types, the slow muscle fibers and the fast muscle fibers. The slow muscle cells are located on the surface of the embryo body while the fast muscle cells are located deeper in the somite, underneath the slow muscle cells. Myogenesis correspond to transitions from unspecified mesodermal cells to mature and functional muscle fibers. These cellular transitions have been extensively studied. However relatively little is known about early developmental mechanisms that are required to form premyofibrils, neither about maturation processes, during which premyofibrils evolved in contractile myofibers. This process called myofibrillogenesis involved a dynamic assembly of the elementary components of the sarcomere that occurred first in adaxial cells, the muscle precursors of slow muscle fibers. Here we show that QkiA and QkiC, two RNA-binding proteins with STAR domain, are required during the early step of myofibrillogenesis where Moysin proteins are not correctly assembled. This early phenotype leads to a strong and specific alteration in the maturation of thick Myosin filaments at 24hpf. The combined QkiA/QkiC loss of function induced a dissection of thick filaments followed by the accumulation of Myosin proteins at the tip of slow muscle cells in a cell autonomous manner. Interestingly, the loss of function of Mef2C/D, two myogenic enhancers from the same family, induced a similar phenotype. However we have shown that Quaking and Mef2 proteins act in parallel ways to control and regulate myofibrillogenesis. Remarkably, we have seen that the accumulation of Myosin, the dissection of thick filaments and the alteration of the Z-disk, induced by QkiA/C loss of function, are the pathologic phenotypes found in Human Myofibrillar Myopathies (MFM). This subgroup of myopathies has been created recently and very few is known about mechanisms involved in those diseases. We propose that QkiA and QkiC is another regulated system that is required to initiated and maintained myofibrillogenesis.

L’hématopoïèse est un processus actif, ordonné, et hautement régulé faisant intervenir des étapes de prolifération, de différenciation et d’apoptose et permettant la production de toutes les cellules sanguines matures à partir d’un nombre restreint de cellules souches hématopoïétiques. La dérégulation des mécanismes intervenant dans l’hématopoïèse induit le développement d’hémopathies, notamment de leucémies. De nombreux facteurs de transcription et microARN (miARN) ont été identifiés en tant que des régulateurs essentiels à l’établissement des différents lignages hématopoïétiques. Mon travail de thèse a porté sur l’étude du rôle des miARN dans la régulation de la différenciation macrophagique humaine. Nous avons reproduit le processus de différenciation macrophagique in vitro à partir de monocytes issus du sang périphérique traités avec du CSF-1 (colony stimulating factor-1). Suite à l’analyse du profil d’expression des miARN au cours du processus de différenciation, notre projet s’est orienté sur l’étude de miR-142-3p dont le taux d’expression diminue le plus fortement au cours de cette différenciation. Nous avons montré que miR-142-3p forme une boucle d’auto-régulation négative avec EGR2 (early growth response 2), un facteur de transcription connu pour réguler positivement la différenciation macrophagique. Cette boucle est essentielle au bon déroulement de la différenciation. Par ailleurs, nous avons observé une altération de cette boucle de régulation dans les monocytes de patients atteints d’une LMMC (leucémie myélomonocytaire chronique) suggérant que ce mécanisme puisse être impliqué dans la leucémogenèse. Au cours de ce projet, nous avons également initié une étude in vivo via l’utilisation du modèle que représente le Poisson-Zèbre. L’hématopoïèse du Poisson-Zèbre est très similaire à celle des mammifères que ce soit au niveau des populations hématopoïétiques ou des mécanismes de régulation impliqués. L’inhibition de l’expression du miR-142a-3p, homologue du miR-142-3p humain, se traduit par une absence de monocytes et de macrophages au niveau de l’ICM (intermediate cell mass), organe primaire de l’hématopoïèse, ainsi que par une diminution de l’expression de la myéloperoxydase, marqueur des granulocytes chez le Poisson-Zèbre. Ainsi, miR-142-3p semble être un inducteur de la formation des granulocytes et monocytes. / Hematopoiesis is an active process, orderly and highly regulated, involving proliferation, differentiation and apoptosis steps, and allowing the production of mature blood cells from a restricted number of hematopoietic stem cells. Deregulation of mechanisms involved in hematopoiesis leads to the development of leukemias. Many transcription factors and microRNAs (miRNAs) have been identified as essential regulators in the establishment of different hematopoietic lineages. My thesis investigated the role of miRNAs in the regulation of human macrophage differentiation. We examined macrophage differentiation in vitro, from peripheral blood monocytes treated with CSF-1 (colony stimulating factor-1). After the analysis of miRNAs expression profile, our project has focused on the study of miR-142-3p whose expression levels decreased most strongly during macrophage differentiation. We showed that miR-142-3p involved in a negative feedback loop with EGR2 (early growth response 2), a transcription factor known to favor macrophage differentiation. This molecular circuitry is necessary for the normal processus of differentiation. Furthermore, we observed an alteration of this regulation circuitry in monocytes of CMML (chronic myelomonocytic leukemia) patients, suggesting that this mechanism may be involved in leukemogenesis. During this project, we also initiated a study in vivo through the use of the zebrafish model. Zebrafish hematopoiesis is very similar to that in mammals both at the level of hematopoietic populations or regulatory mechanisms involved. The inhibition of miR-142a-3p expression, homolog of the human miR-142-3p, gave rise to an absence of monocytes and macrophages in ICM (intermediate cell mass), the primary organ of hematopoiesis and a decreased expression of myeloperoxidase, a marker of granulocytes in the zebrafish. Thus, miR-142-3p appears to be an inducer of granulocytes and monocytes formation.

Les bactéries appartenant au complexe Burkholderia cepacia (Bcc) provoquent des infections sévères chez les personnes atteintes de mucoviscidose. L'infection peut varier d'une forme asymptomatique à une forme plus aiguë pouvant entraîner une pneumonie nécrosante et une septicémie, connue sous le nom de syndrome cepacia. Afin d'étudier les infections causées par le Bcc, nous avons développé un nouveau modèle in vivo, l'embryon de poisson zèbre. Nous avons montré que B. cenocepacia K56-2 pouvait se répliquer dans les macrophages et causer une infection aiguë mortelle pour les embryons. En revanche, B. stabilis LMG14294 induit une infection persistante chez les embryons. Dans cette étude, nous avons montré que les macrophages jouaient un rôle-clé dans la multiplication de K56-2 et dans l'induction d'une réponse inflammatoire MyD88-dépendante, caractérisée par la surexpression des gènes codant pour Cxcl8 (ou IL-8) et l'IL-1b. En l'absence de macrophages, les bactéries sont incapables de se multiplier durant les premières 24h de l'infection, ce qui donne un avantage pour la survie des embryons. L'absence de MyD88 induit aussi l'augmentation de la survie des embryons infectés par K56-2. Mais de manière paradoxale, les bactéries se multiplient mieux chez les embryons myd88-/- mutants que chez les embryons sauvages. Ceci suggère que ce n'est pas le nombre de bactéries qui est important pour l'infection, mais que c'est la réponse inflammatoire excessive causée par cette infection qui entraîne la mort des embryons. Afin d'avoir une vision globale des changements d'expression des gènes de l'hôte durant l'infection, nous avons effectué une expérience de RNAseq. Comme attendu, l'infection aiguë se caractérise par une importante modulation du transcriptome de l'hôte qui augmente avec le temps. A l'opposé, l'infection persistante n'induit que très peu de changements. La réponse immunitaire innée, et en particulier la voie des TLR, ainsi que l'apoptose sont très fortement activées durant une infection aiguë. Pour sa part, B. stabilis module essentiellement les gènes codant pour le système du complément.Le rôle critique des macrophages lors d'une infection par Bcc chez les poissons zèbre est en accord avec les récentes observations cliniques. Ceci suggère que le stade intracellulaire de B. cenocepacia et la réponse inflammatoire qui s'ensuit peuvent être des cibles pour le développement de nouvelles thérapies permettant de lutter contre cette infection. / Bacteria belonging to the Burkholderia cepacia complex (Bcc) can cause chronic infection with periods of acute exacerbation and sometimes fatal necrotizing pneumonia (“cepacia syndrome”) in individuals with cystic fibrosis (CF), and are associated with poor prognosis. Here, we exploited the exciting possibilities for in vivo non-invasive imaging of Bcc infection in transparent zebrafish embryos, with an innate immune system with remarkable similarity to that of humans, and numerous genetic and genomic tools to study the role of host phagocytes and the innate immune response in the pro-inflammatory character of the infection.We show that macrophages play a critical role in intracellular multiplication of B. cenocepacia K56-2 and induction of a MyD88-dependent fatal inflammatory response, characterised by high levels of cxcl8 and il1b expression. Surprisingly, in sharp contrast to the situation found for infections with other pathogens including Mycobacterium marinum and Staphylococcus aureus, in the absence of macrophages, K56-2 survived but was unable to replicate in the first 24 h, which resulted in a significant pro-survival advantage to the host compared to wild type embryos that died within 2 to 3 days. The Toll-like receptor (TLR) pathway is a major arm of the cell-mediated innate immune response with MyD88 as a key adaptor protein involved in the production of pro-inflammatory cytokines. We found that the absence of MyD88 also provided a pro-survival effect to the embryos after infection with K56-2. Paradoxically, the bacteria replicated better in myd88-/- mutant than wild type embryos, suggesting that it is not bacterial burden per se, but the inflammatory response that kills the embryos. Interestingly, cxcl8 and il1b expression were not significantly induced during the first 7 hours in the myd88-/- mutant while a strong induction was seen in control embryos, suggesting that a Myd88-dependent inflammatory response during early macrophage stages significantly contributes to fatal infection.Next, we performed RNAseq to analyse global changes in host gene expression during acute and persistent infection induced by K56-2 and B. stabilis LMG14294 respectively. Whereas acute infection was characterised by strong modulation of host gene expression increasing over time, persistent infection showed modulation of only a small set of genes. TLR and apoptosis signaling pathways were amongst the strongly activated groups during acute infection, in line with the strong inflammatory character of K56-2. During persistent infection, the major differentially expressed gene set concerned genes encoding complement proteins. The critical role for macrophages in Bcc infection in zebrafish is in agreement with recent clinical observations. We suggest that the intracellular stages of B. cenocepacia and the ensuing inflammatory response are essential targets to explore for the development of new therapies to combat this infection.

Cette thèse s’inscrit dans le cadre de la thématique du Laboratoire de Pharmacognosie de l’UFR Pharmacie, au sein de l’Université de Bourgogne. Elle vise essentiellement la recherche de molécules d’origine végétale issues de la biodiversité tropicale dont principalement des saponines. Ces composés suscitent un grand intérêt de par leur large éventail d’applications pharmacologiques. Dans ce contexte l’étude de trois espèces végétales appartenant à deux familles, à savoir Chlorophytum blepharophyllum Schweinf. ex Baker, Ornithogalum dubium Houtt (Asparagaceae) et Weigela × « kosteriana variegata » (Caprifoliaceae), a conduit à l’isolement de 16 glycosides naturels par les techniques chromatographiques (Chromatographie liquide sous vide, Chromatographie d’exclusion moléculaire, Chromatographie liquide moyenne pression). Les structures de ces derniers ont été élucidées principalement par les techniques spectroscopiques de RMN1D et -2D, et de spectrométrie de masse. Il s’agit de 4 glycosides phénoliques de structure connue, 8 saponines stéroïdiques parmi lesquelles 6 sont de structure nouvelle, ainsi que 4 saponines triterpéniques dont une nouvelle. 5 saponines stéroïdiques ont été testées en vue d’évaluer leur activité cytotoxique sur deux lignées cellulaires cancéreuses (A549 et HL 60). Les résultats ont montré une faible sensibilité de ces deux lignées cellulaires à ces saponines. Les effets toxiques et tératogènes des 3 saponines triterpéniques ont été également déterminés à l’aide d'un test in vivo de poisson-zèbre (zebrafish). Les résultats ont montré un effet létal à de faibles concentrations des 3 saponines. Des relations structure/activité ont été ainsi proposées. / This thesis was carried out in the Laboratory of Pharmacognosy, in health department of the University of Burgundy. The principal theme of this Laboratory is the research of natural compounds from tropical biodiversity, mainly saponins. These molecules are known for their various pharmacological activities. The study of 3 species belonging to 2 different families: Chlorophytum blepharophyllum Schweinf. ex Baker, Ornithogalum dubium Houtt (Asparagaceae) and Weigela × « kosteriana variegata » (Caprifoliaceae), led to the isolation and characterization of 16 natural glycosides by column chromatography, medium pressure liquid chromatography, and vacuum liquid chromatography. The spectral analysis was achieved using mainly 2D NMR and mass spectrometry. Among them, 4 were phenolic glucosides, 8 were steroidic saponins with 6 new structures and 4 were triterpenic saponins with one new structure. The cytotoxic activities of 5 isolated steroidic saponins were evaluated on 2 strains cancer cells (A549 and HL 60). The results showed a low sensitivity of these two cell lines to these saponins. The toxic and teratogenic effects of 3 triterpenic saponins were also determined in by using an in vivo zebrafish assay. The results showed a lethal effect at low concentrations of these 3 saponins. Structure / activity relationships have been proposed.

Les cellules gliales qui forment les segments de myéline du système nerveux périphérique (SNP) sont appelées cellules de Schwann. Elles assurent aux nerfs un soutien fonctionnel et permettent une conduction rapide et efficace de l'influx nerveux. Cette fonction requiert une communication réciproque entre les neurones et les cellules gliales qui les entourent. Une perturbation de cette interaction entraine le plus souvent une situation pathologique comme les neuropathies périphériques dont la plus connue est la maladie de Charcot-Marie-Tooth. Cependant, les mécanismes qui conduisent à ces pathologies sont encore peu connus et leur compréhension demande au préalable l'élucidation des mécanismes physiologiques qui contrôlent le développement du SNP. Ce travail a consisté en l'analyse de nouvelles fonctions des gènes ndrg4 et elmo1, dans le développement du système nerveux périphérique, chez le poisson zèbre. Nous avons montré que ndrg4 (n-myc downstream regulated gene) est un facteur neuronal qui régule le développement de la myéline périphérique en contrôlant le regroupement des canaux sodiques aux nœuds de Ranvier et l'expression de la mbp. Ndrg4 semble moduler l'échange vésiculaire entre les axones et les cellules de Schwann, en contrôlant l'expression de certaines protéines de relargage vésiculaire comme SNAP25, membre du complexe SNARE.Ce travail décrit par ailleurs une nouvelle fonction de elmo1 (engulfment and cell motility 1) dans le développement du SNP du poisson zèbre, où il favorise la survie des neurones dans lesquels il est exprimé. Nous avons montré qu'elmo1 protège les neurones de l'apoptose et que cette fonction est contrôlée par la voie nétrine1/unc5b en amont de Rac1. De ce fait, elmo1 est requis pour le développement du ganglion de la ligne latérale postérieure et des axones qui en émergent pour donner un système nerveux fonctionnel. Ainsi, ces travaux contribuent à une meilleure connaissance du développement du SNP et élucident pour la première fois une nouvelle voie de signalisation requise pour la survie des neurones dans le SNP. / The glial cells that form myelin segments in the peripheral nervous system (PNS) are called Schwann cells (SCs). They provide functional support for nerves and allow a fast and efficient conduction of the action potentials. This requires a bilateral communication between axons and the associated glial cells. Disruption of this interaction often leads to peripheral neuropathies e.g. Charcot-Marie-Tooth disease. However, the mechanisms underlying these diseases remain poorly known and their understanding requires, at first, the elucidation of the physiological mechanisms responsible for PNS development. This work consists of a functional analysis of two genes, ndrg4 and elmo1, in the PNS development, using the zebrafish model. We showed that the neuronal factor ndrg4 (n-myc downstream regulated gene 4) regulates nodes of Ranvier organization and mbp expression along the Posterior Lateral Line nerve (PLLn). This is achieved, most likely, by the ability of ndrg4 to modulate vesicular exchange between axons and SCs. Indeed, the expression of some key proteins involved in vesicle docking and release such as SNAP25, a member of the SNARE complex, are significantly dependent on ndrg4.Moreover, this work describes a novel role for neuronal elmo1 (engulfment and cell motility 1) in PNS development by promoting neuronal survival within the PLL ganglion. We showed that elmo1 has protective role against apoptosis and that its function is controlled by the netrin1/unc5b signalling upstream of Rac1 and independently of macrophages role in apoptotic clearance. Therefore, elmo1 is required for the proper development of the PLL ganglion and the axonal development of the PLLn. Thus, this study further contributes to our understanding of PNS development and unravels a novel molecular pathway required for neuronal survival in the PNS.

L'objectif de mon projet de recherche était de faire le lien entre structures cérébrales et fonctions, pour mieux comprendre les bases de la cognition. La première partie de ma thèse a été de développer des tests comportementaux pour analyser la cognition et ses fondamentaux. Les résultats suggèrent fortement que les téléostéens possèdent des fonctions exécutives semblables à celles des mammifères. J’ai par la suite cherché le substrat anatomique de ces capacités cognitives nouvellement mises à jour chez cette espèce, notamment dans le pallium (équivalent du cortex cérébral des mammifères). Cependant la neuroanatomie du poisson zèbre adulte est mal connue, car il est souvent utilisé au stade larvaire. Une seconde partie de mon travail a cherché à analyser et identifier l'origine développementale des structures cérébrales adultes. Nous avons découvert que certaines structures considérées jusqu'ici comme faisant partie du cerveau antérieur (prosencéphale) font en fait partie du cerveau médian (mésencéphale) chez le poisson zèbre. L’une de ces structures est le lobe inférieur, précédemment considéré comme hypothalamique. Une autre structure est le noyau préglomérulaire, le noyau sensoriel relais majeur et analogue fonctionnel du thalamus. Cette voie sensorielle contient la principale voie visuelle vers le pallium. Ainsi, même si certaines structures ont la même fonction, elles peuvent avoir une origine évolutive et développementale différente des structures connues chez les mammifères. En résumé, des fonctions similaires ont évolué indépendamment chez les amniotes et les téléostéens. Ce travail élargit ainsi les champs d'application pour la recherche en neurosciences, et permet d'approcher les fondamentaux de la cognition de manière nouvelle par l'identification des structures essentielles à l'émergence d'une cognition de haut niveau telle qu'elle est observée dans l'espèce humaine. / The aim of my research project was to link brain structures and functions, to better understand the fundamental bases of cognition. The first part of my thesis consisted in the development of behavioral tests to analyze the essential principles of cognition. The results strongly suggest the existence of executive functions in teleosts similar to those of mammals. Then I looked for the anatomical structures responsible for these cognitive capacities, in particular in the pallium (equivalent of the mammalian cerebral cortex). However, little is known about adult zebrafish neuroanatomy. Indeed, zebrafish is often studied at larval stage. A second part of my work aimed at studying adult structures in more detail through their developmental origin. This has redefined some parts of the brain. We have discovered that some of the structures that were considered as part of the forebrain (prosencephalon) are actually part of the midbrain (mesencephalon) in zebrafish. This includes the inferior lobe, previously classified as hypothalamus. Another structure is the major sensory relay nucleus, the preglomerular nucleus, functional analogue of the thalamus (part of the forebrain) in amniotes. This sensory pathway contains the main visual pathway to the pallium. Thus, even if some structures have the same function, they may have an evolutionary and developmental origin different from structures known in mammals. In summary, similar functions have independently evolved in amniotes and teleosts. This comparative work adds new perspectives for neuroscience research. It also allows us to approach the fundamentals of cognition in a new way: what are the essential building blocks for a higher level of cognition like the human one?

Alors que la biogénèse des ribosomes a étéconsidérée comme un mécanisme ubiquiste, lesétapes de ce processus ont récemment étédémontrées comme étant tissu-spécifiques. Letoit optique (OT) du poisson-zèbre est un modèleapproprié pour étudier la prolifération cellulairepuisque les cellules à différents états dedifférenciation se trouvent dans des domainesséparés.Au cours de mon doctorat, j'ai examiné si lesgènes de la biogenèse des ribosomes peuventavoir des rôles spécifiques dans les cellulesprogénitrices neuroépithéliales (CPNe). Profitantd'une analyse transcriptomique antérieure, j'aid'abord examiné les nouveaux candidatsaccumulés dans les CPNe. J'ai décidé de meconcentrer sur proliferation-associated 2G4(pa2G4/ebp1) qui est exprimé de manièrepréférentielle dans les CPNe.Ce gène favorise ou réprime la proliférationcellulaire dans des organismes normaux oupendant la tumorigénèse. J'ai conçu une stratégiepour l'expression inductible et cellule-spécifiquede ce gène.Fibrillarin (Fbl), une méthyltranférasenucléolaire est également préférentiellementexprimée dans CPNe. Ce gène joue un rôleimportant dans le cancer. J'ai montré que lesmutants fbl présentaient des défauts OTspécifiques,en lien avec une apoptose massive etune absence de différenciation neurale. J'aiégalement démontré une diminution de l'activitéde traduction des ribosomes. En outre, lesmutants fbl montrent une progression de la phaseS altérée. Nos données suggèrent que fbl estessentiel à la prolifération des progéniteursneuronaux du poisson-zèbre. / While ribosome biogenesis has been consideredas an ubiquitous mechanism, steps of thisprocess have recently been shown to be tissuespecific. Zebrafish optic tectum (OT) is asuitable model to study cell proliferation sincecells at different differentiation states arespatially partitioned.During my PhD, I examined whether ribosomebiogenesis genes may have specific roles inneuroepithelial progenitor cells (NePCs).Taking advantage of a previous transcriptomicanalysis, I first screened for new candidatesaccumulated in NePCs. I decided to focus onproliferation-associated 2G4 (pa2g4/ebp1),which was expressed preferentially in NePCs.This gene promotes or represses cellproliferation in normal organisms or duringtumorigenesis. I designed a strategy for theinducible expression and cell specificexpression of this gene.Fibrillarin (Fbl), a small nucleolarmethyltransferase is also preferentiallyexpressed in NePCs. It plays an important rolein cancer. I showed that fbl mutants displayedspecific OT defects linked to a massiveapoptosis and an absence of neuraldifferentiation. I also demonstrated deficienciesin the ribosome translational activity.Additionally, fbl mutants showed impaired Sphaseprogression. Our data suggest that fbl isessential for the proliferation of zebrafishneuronal progenitors.