Au cours de ce projet de thèse, j’ai étudié le lien fonctionnel entre la morphogénèse épithéliale et la signalisation Delta-Notch, dans le cadre de la formation du tube neural chez le poisson-zèbre. La signalisation Delta-Notch est primordiale pour le développement embryonnaire et le maintien de l’homéostasie des tissus adultes. De façon inattendue, j’ai observé suite à la perte-de-fonction de Mib une perte de la polarité apico-basale dans le neuro-épithélium de la moelle épinière embryonnaire. L’analyse plus poussée de ce phénotype m’a ensuite permis de montrer que l’activité de l’intégralité de la signalisation Notch est requise pour l’établissement de la polarité apico-basale dans le tube neural de poisson-zèbre. En effet, l’inhibition des ligands de Notch et des activateurs transcriptionnels situés en aval, Rbpja et Rbpjb, résulte en l’interruption de la polarité apico-basale. De plus, l’activation ectopique de Notch entraîne un sauvetage complet de la polarité apico-basale dans les embryons déplétés pour Mib. Finalement, le mutant Mib échoue à activer la transcription de protéines de polarité apicale Crumbs1 et Crumbs2a au cours de la formation du tube neural, ce qui suggèrerait que la signalisation Notch agit en amont des complexes de polarité. De façon surprenante, nous avons également montré que le composant de la signalisation Notch, Mib, affecte les mouvements de convergence-extension et la division cellulaire orientée, appelée C-divisions, durant la neurulation et la gastrulation à travers la signalisation PCP. Cet effet de Mib sur la PCP est indépendant de son rôle sur la signalisation Notch. Généralement, cette étude révèle un double-rôle de Mib. / In this Ph.D. project, I study the functional link between epithelial polarity and Delta-Notch signaling in the context of zebrafish neural tube morphogenesis. Notch signaling, one of the major signaling pathways and of prime importance in neurogenesis, has been widely studied for its function in cell fate specifications. Surprisingly, I found that the Notch signaling component Mindbomb (Mib) loss-of-function led to a loss of apico-basal polarity in the neuroepithelium of the embryonic spinal cord. I further explored that the activity of the entire Notch signaling pathway is actually required for the earliest steps of establishment of apico-basal polarity in the zebrafish neural tube. Indeed, inhibition of Notch ligands and downstream transcriptional activators Rbpja and Rbpjb resulted in a disruption of apico-basal polarity. Moreover, ectopic activation of Notch ensued to a complete rescue of apico-basal polarity in Mib loss of function embryos. Furthermore, Mib mutant embryos fail to upregulate the transcription of the apical polarity proteins Crumbs1 and Crumbs2a in the course of neural tube formation, suggesting that Notch signalling might act upstream of polarity complexes. Moreover, I found that Mib affects convergent-extension movements and oriented cell divisions during neurulation and gastrulation through an effect on planar cell polarity. Remarkably, this effect of Mib on PCP is independent of its role in Notch signaling. These results indicate a novel role of Mib in the regulation of PCP signaling. Altogether, this study revealed a dual role of Mib in the epithelial morphogenesis of the zebrafish neural tube.

La première partie de cette thèse présente une revue historique sur les méthodes d'enregistrements d'activité neuronale, suivie par une étude sur une nouvelle technique d'imagerie pour le poisson zèbre : la microscopie par nappe laser 2 photon. En combinant, les avantages de la microscopie 2 photon et l'imagerie par nappe de lumière, le microscope par nappe laser 2 photon garantie des enregistrements à haute vitesse avec un faible taux de lésions photoniques et permet d'éviter l'une des principales limitations du microscope à nappe laser 1 photon: la perturbation du système visuel. La deuxième partie de cette thèse traite de la navigation dirigée. Après une revue exhaustive sur la chemotaxis, la phototaxis et la thermotaxis, nous présentons des résultats qui révèlent les bases neuronales de la phototaxis chez le poisson zèbre. Grace à des expériences de comportement en réalité-virtuelle, des enregistrements d'activité neuronale, des méthodes optogénétiques et des approches théoriques, ce travail montre qu'une population auto-oscillante située dans le rhombencéphale appelée l'oscillateur du cerveau postérieur (HBO) fonctionne comme un pacemaker des saccades oculaires et contrôle l'orientation des mouvements de nage du poisson zèbre. Ce HBO répond à la lumière en fonction du contexte moteur, biaisant ainsi la trajectoire du poisson zèbre vers les zones les plus lumineuses de son environnement (phototaxis). La troisième partie propose une discussion sur les bases neuronales des saccades oculaires chez les vertébrés. Nous concluons ce manuscrit avec des résultats préliminaires suggérant que chez le poisson zèbre, le même HBO est impliqué dans les processus de thermotaxis. / The first part of this thesis presents an historical overview of neural recording techniques, followed by a study on the development of a new imaging method for zebrafish neural recording: two-photon light sheet microscopy. Combining the advantages of two-photon point scanning microscopy and light sheet techniques, the two-photon light sheet microscope warrants a high acquisition speed with low photodamage and allows to circumvent the main limitation of one-photon light sheet microscopy: the disturbance of the visual system. The second part of the thesis is focused on goal-directed navigation in zebrafish larvae. After an exhaustive review on chemotaxis, phototaxis and thermotaxis in various animal models, we report a study that reveals the neural computation underlying phototaxis in zebrafish. Combining virtual-reality behavioral assays, volumetric calcium recordings, optogenetic stimulation, and circuit modeling, this work shows that a self-oscillating hindbrain population called the hindbrain oscillator (HBO) acts as a pacemaker for ocular saccades, controls the orientation of successive swim-bouts during zebrafish larva navigation, and is responsive to light in a state-dependent manner such that its response to visual inputs varies with the motor context. This peculiar response to visual inputs biases the fish trajectory towards brighter regions (phototaxis). The third part provides a discussion on the neural basis of ocular saccades in vertebrates. We conclude with some recent preliminary results on heat perception in zebrafish suggesting that the same hindbrain circuit may be at play in thermotaxis as well.

Au cours des dernières années, la synthèse des protéines axonales a été établie comme un mécanisme important pour réguler correctement la réactivité spatiale et temporelle des neurones aux variations de leur microenvironnement, en particulier lors du développement axonal et de la régénération. Pour cela, les transcrits d'ARNm doivent être localisés dans les axones afin d'être traduits. De fait, plusieurs populations d'ARNm ont été identifiées le long des axones de divers types de neurones vertébrés. Le transport approprié des ARNm du corps cellulaire vers le compartiment axonal nécessite des séquences ou des structures spécifiques, généralement trouvées dans le 3'UTR du transcrit. Seules quelques études ont confirmé que le transport et la traduction des ARNm ont lieu dans les axones des vertébrés vivants et que ces mécanismes peuvent être impliqués dans des fonctions neuronales distinctes, comme le maintien de l'homéostasie axonale, le guidage, la croissance et la ramification axonales. Notre laboratoire a précédemment démontré in vivo la présence d'ARNm spécifiques, comme le transcrit de nefma, dans les axones en croissance chez l'embryon de poisson zèbre. En utilisant un système rapporteur développé au sein du laboratoire, il a été démontré que le transport axonal (ou la rétention au corps cellulaire) de plusieurs transcrits dépendait de leur 3'UTR. Se basant sur ces résultats importants, dans une première partie de ce travail, nous avons cherché à étudier la fonction du transcrit nefma transporté dans les axones en développement de l'embryon de poisson zèbre. En effet, Nefma est une protéine cytosquelette propre aux neurones, dont l'expression est déclenchée lors de la différenciation neuronale. Nous avons montré que l’immunoréactivité 3A10 est réduite à mesure que la concentration de MO augmente et que ce marquage est utile pour tester l'efficacité du MO, suggérant que l'anticorps 3A10 pourrait reconnaître nefma. Nous avons également démontré que les neurones de Mauthner se différencient au bon moment et au bon endroit chez les morphants. De plus, nous avons constaté que le « zigzagging » des axones morphants augmente avec la concentration de MO et que la protéine mbp s'accumule inégalement autour des faisceaux axonaux dans les morphants nefma. Cependant, les défauts de perte de fonction de nefma ne sont pas totalement pénétrants et difficiles à quantifier. En outre, dans une deuxième partie de la présente étude, nous avons mis au point une technique de détection de la traduction axonale d'ARNm spécifiques dans le même modèle in vivo. Pour cela, nous avons développé un système inspiré de la technique «TimeSTAMP» développée par l'équipe de Roger Tsien, qui nous permet d'identifier les sites de traduction en étiquetant de manière ingénieuse les protéines nouvellement synthétisées. / In recent years, axonal protein synthesis has been established as an important mechanism to fine regulate spatial and temporal neuronal responsiveness to the varying microenvironment, especially during axonal development and regeneration. For that, mRNA transcripts have to be localized to the axons in order to be translated. In fact, several mRNA populations have been identified along the axons of diverse vertebrate neuronal types. The proper transport from the cell body to the axonal compartment requires specific sequences or mRNA structures, usually found in the 3’UTR of the transcript. Only a few studies have confirmed that mRNA transport and translation take place in axons of living vertebrates, and that these mechanisms can be involved in distinct neuronal functions, as the maintenance of axonal homeostasis, pathfinding, and axonal growth and branching. Our lab previously demonstrated in vivo the presence of specific mRNAs, as nefma transcript, in growing axons of the zebrafish embryo. Thanking advantage of a reporter system developed in the lab, it was shown that axonal transport (or retention at the cell body) of several transcripts depended on their 3’UTR.Building upon these important results, in a first part of this work, we sought to investigate the function of the axonally transported nefma in the developing axons of the zebrafish embryo. Indeed, Nefma is a neuron-specific cytoskeletal protein, which expression is triggered during neuronal differentiation. We showed that the 3A10 signal is reduced as the MO concentration increases and this staining is a useful readout for the efficiency of the MO, suggesting that the 3A10 antibody might recognize nefma. We also demonstrated that the Mauthner neurons differentiate at the right time and place in the morphants. Moreover, we saw that the morphant axons zigzagging increases with increasing MO concentrations and that mbp accumulates in patches around axonal bundles in nefma morphants. However, nefma loss-of-function defects are not totally penetrant and difficult to quantify. Furthermore, in a second part of the present study, we aimed at optimizing a technique facilitating the visualization of axonal translation of specific mRNAs in the same in vivo model. For this, we developed a translation reporter system, inspired on the ‘TimeSTAMP’ technique developed by Roger Tsien’s team, which allows the identification of translation sites along the axons by labeling newly synthesized protein in an ingenious fashion.

Dans cette thèse, nous étudions le vaste domaine des neurosciences à travers des outils théoriques, numériques et expérimentaux. Nous étudions comment les modèles à taux de décharge peuvent être utilisés pour capturer différents phénomènes observés dans le cerveau. Nous étudions les régimes dynamiques des réseaux couplés de neurones excitateurs (E) et inhibiteurs (I): Nous utilisons une description fournie par un modèle à taux de décharge et la comparons avec les simulations numériques des réseaux de neurones à potentiel d'action décrits par le modèle EIF. Nous nous concentrons sur le régime où le réseau EI présente des oscillations, puis nous couplons deux de ces réseaux oscillants pour étudier la dynamique résultante. La description des différents régimes pour le cas de deux populations est utile pour comprendre la synchronisation d'une chaine de modules E-I et la propagation d'ondes observées dans le cerveau. Nous examinons également les modèles à taux de décharge pour décrire l'adaptation sensorielle: Nous proposons un modèle de ce type pour décrire l'illusion du mouvement consécutif («motion after effect», (MAE)) dans la larve du poisson zèbre. Nous comparons le modèle à taux de décharge avec des données neuronales et comportementales nouvelles. / In this thesis, we investigate the vast field of neuroscience through theoretical, numerical and experimental tools. We study how rate models can be used to capture various phenomena observed in the brain. We study the dynamical regimes of coupled networks of excitatory (E) and inhibitory neurons (I) using a rate model description and compare with numerical simulations of networks of neurons described by the EIF model. We focus on the regime where the EI network exhibits oscillations and then couple two of these oscillating networks to study the resulting dynamics. The description of the different regimes for the case of two populations is helpful to understand the synchronization of a chain of E-I modules and propagation of waves observed in the brain. We also look at rate models of sensory adaptation. We propose one such model to describe the illusion of motion after effect in the zebrafish larva. We compare this rate model with newly obtained behavioural and neuronal data in the zebrafish larva.

Chez les vertébrés, la progestérone (P4) est un progestatif endogène agissant via les récepteurs nucléaires et membranaires de la progestérone pour médier des processus clés du développement et de la reproduction. De nombreuses molécules sont conçues pour mimer l’action de la P4. Ces progestatifs synthétiques et la P4 sont très utilisés en tant que substances pharmaceutiques et certains sont retrouvées dans l’environnement aquatique, posant un risque pour les organismes. Cependant, les informations sont insuffisantes pour évaluer les dangers et les risques de ces substances pour l’environnement. Dans ce travail de thèse, les mécanismes d’action et les effets biologiques des progestatifs sur le poisson zèbre ont été étudiés grâce à une combinaison d’outils in vitro et in vivo de type gène-rapporteur basés sur le mécanisme d’action des perturbateurs endocriniens. Nous avons caractérisé le profil toxicologique complexe de 26 progestatifs vis-à-vis de différents récepteurs nucléaires stéroïdiens humain et poisson zèbre et vis-à-vis de l’expression tissu-spécifique de gènes de la stéroïdogenèse (cyp19a1b dans le cerveau et cyp11c1 dans les interrénales). Nos résultats montrent que certains progestatifs peuvent perturber différentes voies de signalisation chez les larves en développement au niveau moléculaire, cellulaire et tissulaire ainsi qu’au niveau physiologique. Dans l’ensemble, les résultats de cette thèse permettent une meilleure caractérisation des dangers des progestatifs sur différentes cibles endocriniennes. / Among vertebrates, progesterone (P4) is an endogenous progestin acting through the nuclear and molecular progesterone receptor to mediate key processes of development and reproduction. Many molecules are designed to mimic the action of P4. These synthetic progestins and P4 are widely used as pharmaceuticals and some of them are found in this aquatic environment, thus posing risks to aquatic species. However, information is lacking to evaluate the dangers and risks of these substances for the environment. This thesis studied the mechanisms of action and the effects of progestins on zebrafish, using a combination of reporter-gene in vitro and in vivo tools based on the mechanism of action of endocrine disruptors. We characterized the toxicological profile of 26 progestins towards different human and zebrafish nuclear steroid receptors and towards the tissue-specific expression of steroidogenic genes (cyp19a1b in the brain and cyp11c1 in the interrenal cells). Our results show that some progestins can disrupt different signaling pathways in developing larvae at the molecular level, cellular and tissular level, and physiological level. Overall, the results of this thesis allow for a better characterization of the dangers of progestins on several endocrine targets.

L’ataxie spinocérébelleuse de type 7 (SCA7) est une maladie neurodégénérative à transmission autosomale dominante, causée par une expansion toxique de polyglutamine (polyQ) dans la protéine Ataxine-7. Elle se caractérise par une dégénérescence des photorécepteurs en cônes et en bâtonnets, ainsi que des cellules cérébelleuses de Purkinje et granuleuses. La nature sélective de cette dégénérescence reste peu claire, l’expression d’Ataxine-7 étant ubiquitaire. Dans ce contexte, nous avons exploré la fonction de l’orthologue d’Ataxine-7 chez le poisson-zèbre au cours du développement de l’œil. L’inactivation d’atxn7 chez le poisson-zèbre – par des approches utilisant des oligonucléotides anti-sens ou par CRISPR/Cas9 – résulte principalement en un colobome, malformation structurelle de l’œil causée par un défaut de fermeture de la fissure choroïde. Les morphants atxn7 présentent une altération du motif proximo-distal de la vésicule optique causée par une élévation de la signalisation Hedgehog (Hh). Une étude minutieuse des photorécepteurs révèle un défaut de la morphogénèse des segments externes. La sensibilité de l’œil aux variations de fonction d’atxn7 pourrait expliquer la phyiopathologie SCA7. Notre étude suggère également qu’une perte de fonction d’atxn7 contribuerait au développement du colobome chez l’Homme. / Spinocerebellar ataxia type 7 (SCA7) is an autosomal-dominant neurodegenerative disorder caused by a toxic polyglutamine (polyQ) expansion in Ataxin-7 which leads to degeneration of cone and rod photoreceptors. The selective nature of degeneration remains unclear since Ataxin-7 is ubiquitously expressed. Here, we have explored the function of the Ataxin-7 ortholog in zebrafish during eye development. Inactivation of atxn7 in zebrafish primarily resulted in a coloboma defect, a structural malformation of the eye caused by failure of the choroid fissure to close. atxn7 morphants displayed altered proximo-distal patterning of the optic vesicle, caused by elevated Hedgehog (Hh) signaling. Careful examination of the photoreceptors reveals a defect in the morphogenesis of the outer segments. The eye sensitivity to variations in atxn7 function could account for SCA7 physiopathology. Our study also suggests that atxn7 loss of function may contribute to the development of human coloboma.

Les nombreux avantages du poisson zèbre ont été utilisés pour modéliser deux maladies héréditaires: la desminopathie et la maladie veino-occlusive pulmonaire (MVOP). La desminopathie est une myopathie myofibrillaire caractérisée par la présence d’agrégats. Deux modèles, de perte et de gain de fonction ont permis de montrer l’importance à la fois de la perte de desmine fonctionnelle et de la présence d’agrégats. Les phénotypes observés incluent en particulier des défauts biomécaniques de la contraction cardiaque et de la propagation calcique myocardique. Des approches thérapeutiques, réduisant la taille des agrégats, sont proposées. Après avoir validé l’utilisation du poisson-zèbre comme modèle d’étude de l’hypertension artérielle, en vérifiant l’implication de l’élasticité de la paroi artérielle dans la régulation du flux sanguin, des modèles de MVOP, une forme rare et sévère d’hypertension pulmonaire, ont été générés et étudiés. Ils confirment la spécificité veineuse de la MVOP. / The numerous advantages of zebrafish were used to study two hereditary diseases: desminopathy and pulmonary veno-occlusive disease (PVOD). Desminopathy is a myofibrillar myopathy characterized by the presence of granulofilamentous aggregates. Two models of loss and gain of function of desmin showed the implication of both loss of functional desmin and presence of desmin aggregates in desminopathy clinical manifestations. Phenotypes observed in these models include in particular a perturbation of the heart contraction biomechanics and of calcium propagation throughout the myocardium. Potential drugs, lowering the aggregate content, were proposed. After validating the use of zebrafish as a model of arterial hypertension, by verifying the implication of the elasticity of the aorta in blood flow regulation, we generated and characterized PVOD models. PVOD is a rare and severe form of pulmonary hypertension. The venous-specificity of the phenotypes observed in this pathology was confirmed.

Les connexions neuronales du système visuel forment des synapses spatialement distribuées en couches discrètes. Comprendre la base du ciblage spécifique axonale est critique pour déchiffrer la formation des réseaux neuronaux complexes. Dans une première étude, nous avons investigué le rôle de la protéine de la matrice extracellulaire Reelin dans la formation in vivo du circuit rétinotectal chez le poisson zèbre. Ce circuit se compose de cellules ganglionnaires de la rétine (CGRs) transmettant l’information visuelle au cerveau via la projection de leur axone dans les différentes couches du tectum optique. Nous avons démontré que la Reelin secrétée par de neurones inhibiteurs localisés dans les couches supérieures du tectum optique forme un gradient. L’induction de mutations délétères dans la voie de signalisation canonicale de la Reelin à l’aide d’outils génétiques a conduit à des défauts de ciblage des axones de CGRs. Nos résultats démontrent un nouveau rôle de la Reelin lors du développement du système visuel et la décrivent comme signature moléculaire nécessaire au ciblage et au positionnement précis des axones de CGRs.Dans une seconde étude, nous avons utilisé la technique CRISPR/Cas9 pour développer une nouvelle approche de mutagénèse conditionnelle chez le poisson zèbre. Nos résultats démontrent que la perturbation de gènes dans des tissues spécifiques peut être effectué par l’induction de l’expression de la protéine Cas9 via le système Gal4/UAS. Nous avons établis un outil pour induire l’apparition de mutations délétères dans des clones de cellules mais aussi dans des cellules individuelles, tous pouvant être suivit distinctement grâce à un marquage génétique. / Neuronal connections in the visual system are arranged in synaptic laminae. Understanding the basis of lamina-specific axonal targeting is critical to gain deeper insights on how complex neural networks form. In a first study we investigated the role of the ECM protein Reelin during zebrafish retinotectal circuit formation in vivo. Here retinal ganglion cells (RGCs) convey the visual information to the brain by projecting their axons to different layers of the optic tectum. We demonstrated that Reelin secreted by a specific class of tectal superficial inhibitory neurons is spatially distributed in a superficial-to-deep gradient within the tectal neuropil. Induced gene disruption for all the components of the canonical Reelin pathway expressed in the retinotectal system resulted in aberrant layering of RGC axons suggesting a role for Reelin pathway in axonal sublaminar segregation. Altogether our findings elucidate a new role for Reelin in vertebrate visual system development, during which it acts as molecular cue by imparting positional information for ingrowing RGCs.In a second study we took advantage of the CRISPR/Cas9 technology to develop a novel approach for conditional mutagenesis in zebrafish. Our results provide evidence that tissue-specific gene disruption can be achieved by driving Cas9 expression with the Gal4/UAS system. We established a tool to induce loss-of-function mutations in cell clones or single cells that can be followed by genetic labeling, enabling their phenotypic analysis. Our technique has the potential to be applied to a wide-range of model organisms, allowing systematic mutagenesis and labeling on a genome-wide scale.

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

Le danio zébré est un modèle bien établi pour étudier la biologie du développement des vertébrés. Ses larves transparentes sont favorables à des approches de microscopie non invasive, qui permettent de réaliser des observations à l’échelle d’un individu entier à des niveaux de résolution cellulaire et subcellulaire. Ces atouts font du danio zébré un excellent modèle pour étudier les infections virales in vivo. Au cours de mon projet, j’ai etudié l’entrée et la colonisation du système nerveux central (SNC) par le virus Sindbis (SINV) dans le modèle danio zébré. Mon projet présentait plusieurs axes: 1) développer un modèle d’infection du virus Sindbis chez le danio zébré, 2) caractériser l’invasion du SNC par le virus par des techniques d’imagerie à haute résolution, 3) définir la voie d’entrée du virus dans le SNC, 4) évaluer la dynamique de la réponse immunitaire innée par l’étude de la réponse interféron. Le suivi de la propagation du virus a été rendu possible par l’utilisation d’un ARN viral recombinant exprimant la protéine fluorescente verte ‘GFP’. L’utilisation de cette construction m’a permis de caractériser la progression de SINV chez le danio zébré et d’identifier les organes/tissus cibles que sont le vitellus, le foie, le cœur et enfin, le cerveau. Les données rassemblées jusqu'à présent m’ont aussi permis d’identifier le mécanisme par lequel SINV se propage vers le cerveau: le virus se propage par un transport axonal du system nerveux périphérique vers le SNC. Dans le cadre de la réponse immunitaire au niveau cellulaire, j’ai pu observer le rôle joué par les leucocytes, en particulier les neutrophiles, comme cellules productrices d'interféron. / The zebrafish (Danio rerio) is an important model organism, particularly for studies of development and more recently host pathogen interactions. As opposed to other vertebrate model organisms, its optical clarity and ease of genetic manipulations allow to visualize highly dynamic cellular processes in vivo at the whole organism scale. These assets make the zebrafish a perfect model for the study of viral infections in vivo, such as those caused by neurotropic viruses. The aim of this project has been to gain insights in some of the interactions that determine encephalitis, by characterizing the neurotropic Sindbis virus (SINV). This Thesis project has consisted therefore in: 1) the development of a SINV infection model in zebrafish larvae, 2) the characterization of SINV neuroinvasion upon its inoculation in the bloodstream, thanks to the use of high resolution microscopy, 3) the study of SINV mechanism of entry in the CNS, 4) the characterization of the innate immune response, both at the whole organism and organ specific level. Thanks to the use of a SINV recombinant strain, engineered to express the green fluorescent protein “GFP” in infected cells upon viral replication, we have been able to follow the onset and the progression of the infection. We have suggested infection of peripheral neurons and subsequent axonal transport to the CNS as SINV entry mechanism. At the cellular level, we have identified neutrophils as the main IFN producing cells.