La douleur neuropathique est un syndrome secondaire à une maladie ou à une lésion affectant le système nerveux somatosensoriel. Les causes biologiques de ces comorbidités ne sont pas clairement établies. En utilisant un modèle murin de douleur neuropathique, nous avons cherché à amplifier l'inhibition nerveuse médiée par les récepteurs GABAA afin de tenter de réduire les symptômes douloureux neuropathiques et les troubles émotionnels associés. Pour cela nous avons utilisé l’étifoxine, un anxiolytique non benzodiazépinique qui possède une action originale sur les récepteurs GABAA mais, surtout, semble avoir des effets secondaires limités comparativement à d'autres molécules comme les benzodiazépines par exemple. Son effet passe par la potentialisation directe du récepteur GABAA (site modulateur situé sur les sous-unités β2 et β3) mais aussi par une action indirecte : la stimulation de la production de neurostéroïdes 3α-réduits capables de potentialiser la fonction des récepteurs GABAA. Quelques rares études ont montré que les neurostéroïdes endogènes, surtout ceux réduits en position 3α comme l'allopregnanolone (THP, allotétrahydroprogestérone) ou le THDOC (tétrahydrodéoxycorticostérone), pouvaient réduire les symptômes douloureux. Les effets obtenus dans ces études sont similaires à ceux issus d’injections exogènes des mêmes composés. / Neuropathic pain is associated with significant co-morbidity, including anxiety and depression, which impact considerably on the overall patient experience. Several lines of evidence suggest that anxiolytics may be of interest to alleviate pain symptoms and the associated negative emotions in chronic pain states. Among them, the non-benzodiazepine anxiolytic etifoxine (EFX: stresam™) has an interesting pharmacological profile. In patients, it has a weak sedative action, with limited functional tolerance and dependence, and without cognitive declines. In this study, we aim at analyzing the preclinical therapeutic potential of etifoxine on the anxiodepressive consequences of neuropathic pain.

La sclérose en plaques (SEP) a longtemps été considérée comme une affection inflammatoire démyélinisante de la substance blanche. (SB) Hors, de nombreuses études ont démontré l’implication extensive de la substance grise (SG). La souffrance neuronale joue un rôle majeur dans la détérioration physique et cognitive des patients atteints de SEP. Le développement de nouvelles techniques d’imagerie capables de quantifier cette atteinte neuronale est devenu crucial. Grace à la tomographie par émission de positons (TEP) et au radiotraceur [11C]flumazenil ([11C]FMZ), antagoniste du récepteur central aux benzodiazépines, nous avons quantifié de façon non-invasive la souffrance neuronale de la SG chez des patients atteints de SEP à différents stades de la maladie. Une cohorte de 18 patients atteints de SEP a été comparée à 8 sujets sains. Les participants ont bénéficié d’une évaluation clinique, cognitive, et radiologique par TEP au [11C]FMZ et IRM. Les données TEP ont été évaluées par région d’intérêt et vertex-à- vertex. Des réductions significatives de l’activité TEP au [11C]FMZ ont été mises en évidence au sein de la SG corticale et sous-corticale des patients comparés aux contrôles. Ces changements étaient présents dès le stade rémittent de la maladie et corrélaient modérément avec la charge lésionnelle de la SB. L’activité TEP corticale était aussi associée à la performance cognitive des patients. Cette étude pilote est la première à quantifier in vivo la souffrance neuronale chez des patients atteints de SEP. Nos résultats permettent de proposer la TEP au [11C]FMZ comme marqueur spécifique et discriminant de l’atteinte neuronale de la SG dans la SEP. / Multiple sclerosis (MS) has long been regarded as an inflammatory demyelinating disorder of the white matter. But post-mortem studies have recently shed light on the extensive involvement of the grey matter (GM). Neuronal damage, characterized by synaptic and dendritic loss as well as neuronal apoptosis, is thought to be a major substrate of physical and cognitive deterioration in MS patients. There is a crucial need for new imaging techniques able to specifically assess neuronal damage in MS. Using positron emission tomography (PET) with [11C]flumazenil ([11C]FMZ), an antagonist of the central benzodiazepine site located within the GABAA receptor, and a non-invasive quantification method, we measured and mapped neurodegenerative changes in the GM of patients with MS at distinct disease stages. A cohort of 18 MS patients was compared to 8 healthy controls and underwent neurological and cognitive evaluations, high-resolution dynamic [11C]FMZ PET imaging and brain MRI. PET data were evaluated using a region of interest and a surface-based approach. [11C]FMZ binding was significantly decreased in the cortical and subcortical GM of MS patients compared to controls. These changes were significant in both progressive and relapsing-remitting forms of the disease and correlated moderately with white matter lesion load. [11C]FMZ cortical binding was also associated with cognitive performance. This pilot study is the first to quantify in vivo the neurodegenerative changes occurring in MS. Our results show that PET with [11C]FMZ could be a promising and sensitive quantitative marker to assess and map the neuronal substrate of GM pathology in MS.

Nous avons étudié les récepteurs GABAA dans un modèle de la maladie de Huntington. En combinant des approches biochimiques, moléculaires, électrophysiologiques et de l’imagerie haute résolution, nous avons montré une modification de la neurotransmission GABAergique chez des animaux à des stades pre- et post-symptomatiques. Nos études montrent une diminution de de la neurotransmission GABAergique dans le globus pallidus des souris Huntington qui pourrait conduire à une modification des noyaux de sortie des ganglions de la base et de l’activité motrice. L’ensemble de nos résultats permet de définir le rôle de différents types de récepteurs GABAA dans le cerveau dans des conditions physiologiques et pathologiques. / We explored GABAergic neurotransmission in a mouse model of Huntington's disease. Combining molecular, imaging and electrophysiologicaltechniques, we showed changes of GABAergic neurotransmission in presymptomatic and symptomatic R6/1 mice. Our data demonstrated a decreased GABAergic inhibition in the globus pallidus of R6/1 mice, which could result in an alteration of basal ganglia output nuclei and motor activity. Taken together, our results will help to define the contribution of receptor subtypes to inhibitory transmission throughout the brain in physiological and pathophysiological states.

Les cellules précurseur d'oligodendrocytes (CPOs) représentent la majeure source d'oligodendrocytesmyélinisants durant le développement post-natal. Ces progéniteurs, identifiés par l'expression du protéoglycane NG2, sont non seulement extrêmement abondants avant la myélinisation, mais ils persistent aussi dans le cerveau mature. À l'instar d'autres cellules non-neuronales, elles expriment un large panel de canaux ioniques et de récepteurs pour des neurotransmetteurs. Cependant, ils sont uniques de part leur capacité à recevoir de véritables contacts synaptiques neuronaux glutamatergiqueset GABAergiques. Durant cette thèse, nous avons caractérisé les propriétés électrophysiologiques des CPOs durant le développement post-natal du cortex en champ de tonneaux de la souris (premier mois post-natal). En effectuant des enregistrements de patch-clamp, des analyses par RT-PCR sur cellule unique et des analyses pharmacologiques, nous avons observé que la courbe I-V à rectification sortante devient linéaire durant le développement, résultant d'une régulation positive de l'expression des canaux potassiques de type Kir4.1. Dotés de ces canaux, les CPOs adultes sont capables de détecter les augmentations locales de potassium extracellulaire générées par l'activité neuronale. Cette régulation positive développementale des canaux Kir4.1 dans les CPOs révèle que ces cellules ont un gain de fonction durant le développement, leur conférant la capacité de communiquer avec les neurones via un mécanisme non-synaptique lié au potassium. Ce changement développemental soutient aussi l'idée que les CPOs sont probablement plus que des progéniteurs. Dans la deuxième partie de cette thèse, nous nous sommes intéressés à l'étude des patrons de connectivité du réseau GABAergique interneurones-CPOs dans le cortex en champ de tonneaux jeune (deuxième semaine post-natale). Dans un premier temps, nous avons tiré avantage de la haute précision latérale et axiale de la photolyse holographique en mono-photon pour stimuler les interneurones GABAergiques avec une résolution à l'échelle de la cellule, de manière à évoquer un potentiel d'action. Nous avons ensuite utilisé cette technique pour cartographier la connectivité entre interneurones et CPOs. Nous avons trouvé que la probabilité de connexion des CPOs est près de moitié moins que celle des cellules pyramidales, et implique plutôt une microcircuitrie locale. De plus, en effectuant des enregistrements pairés, nous avons observé que les CPOs sont contactés transitoirement par des interneurones à décharge rapide et à décharge régulière. Ces connections se caractérisents pour la présence d'un ou deux sites de libération uniquement. Étonnamment, les sites post-synaptiques contenant des récepteurs GABAA avec la sous-unité γ2 sont principalement connectés par les interneurones à décharge rapide, indiquant que ces cellules constituent une afférence spécifique auprès des CPOs. Ici nous décrivons pour la première fois l'émergence de réseaux corticaux spécifiques entre neurones et cellules non-neuronales.

Depuis quelques années, l’étude du code neuronal impliqué dans la perception des signaux de communication acoustique est devenue un domaine de recherche considérable. La littérature récente de ce domaine suggère que la discrimination entre ces signaux reposerait plutôt sur une organisation des décharges neuronales en motifs temporels que sur des variations globales de taux de décharge. Ma thèse a eu pour objectif de déterminer dans quelle mesure une régulation des inhibitions corticales peut (i) changer les motifs temporels déclenchés par des vocalisations conspécifiques et hétérospécifiques et (ii) modifier l’information portée par ces motifs sur l’identité des vocalisations. Nous avons enregistré l’activité neuronale dans le cortex auditif de cobayes anesthésiés en 16 sites corticaux lors de la présentation d’un jeu de vocalisations, et avons partiellement bloqué les inhibitions corticales par des applications de Gabazine (4minutes, 10µm). Dans ces conditions, les réponses évoquées sont plus fortes et les motifs temporels plus marqués. L’information mutuelle quantifiée au niveau de chaque site cortical est augmentée mais l’information populationnelle au niveau de l’ensemble des 16 sites enregistrés n’est pas modifiée, un effet qui peut s’expliquer par le fait que la redondance entre les sites corticaux est augmentée. Nous avons ensuite évalué dans quelle mesure une modulation noradrénergique était susceptible de mimer les effets d’un blocage partiel des inhibitions. Bien que les agonistes utilisés (α1, α2 et ) aient tous induit des modifications des réponses évoquées et de la reproductibilité des motifs temporels, aucun d’entre eux n’a induit de changements importants de l’information portée par les réponses neuronales aux vocalisations. En revanche, les effets induits par la phenylephrine, un agoniste α1, sont vraisemblablement sous-tendus par une action sur les inhibitions intra-corticales, ce qui rend plausible l’hypothèse d’une modulation noradrénergique des inhibitions corticales. Il est donc envisageable que l’action coordonnée de plusieurs systèmes neuromodulateurs puisse moduler les inhibitions corticales et ainsi changer la quantité d’information portée par les neurones corticaux sur l’identité des stimuli à discriminer. / Over the last 10 years, the neural code involved in the perception of acoustic communication signals has become a large area of researches. The recent literature suggests that the discrimination between these signals relies more on the temporal organization of neuronal discharges rather than on global changes of firing rate. My PhD thesis aimed at determining to what extent the regulation of cortical inhibition may (i) change the temporal patterns triggered by conspecific and heterospecific vocalizations and (ii) modify the information carried by these patterns on the vocalization identity. Neuronal activity was recorded in the auditory cortex of anesthetized guinea pigs in 16 cortical sites during presentation of a set of vocalizations, and a partial blockage of intra-cortical inhibition was performed by Gabazine application (4 minutes, 10μm). Under these conditions, evoked responses were stronger and the temporal patterns were reinforced. Mutual information quantified at each cortical site was increased but the information computed at the populationnal level did not change, an effect that could be explained by the fact that the redundancy between cortical sites was increased. We then assessed to which extent the noradrenergic modulation can mimic the effects of a partial blockage of inhibitions. Although all the tested drugs modulated both the evoked responses and the spike-timing reliability, none of the noradrenergic agonists used here (α1, α2 and ) induced significant changes in the information carried by neuronal responses. However, the effects induced by phenylephrine, an α1 agonist, seemed to involve an action on the intra-cortical inhibition, which suggests that a noradrenergic modulation of cortical inhibition can operate in the auditory cortex. It is therefore possible to envision that the coordinated action of several neuromodulatory systems modulates cortical inhibition and thus changes the information carried by cortical neurons on the stimuli identity.

Les ganglions de la base (GB) sont un ensemble de noyaux sous-corticaux impliqués dans les fonctions motrices, mnésiques et cognitives. Le globus pallidus externe (GPe) est un noyau GABAergique, qui tient la place de structure relais entre le striatum et le noyau sous-thalamique au sein du réseau des GB. Les changements de mode et de fréquence de décharge des neurones du GPe sont connus pour être les signatures électro-physiologiques des maladies de Parkinson (MP) et de Huntington (MH). Dans la MP, où les concentrations de GABA extracellulaires sont anormalement élevées dans le GPe, il est admis que la voie striato-pallidale (STR-GPe) est hyperactive, ce qui contribue à l’hypoactivité des neurones pallidaux. A l’inverse dans la MH, il est admis que l’hyperactivité des neurones du GPe est due à la dégénérescence de la voie STR-GPe levant la principale influence inhibitrice du GPe. Cependant, les mécanismes moléculaires impliqués dans ces changements d’activité pallidale sont encore peu connus. Nous avons donc entrepris des expériences de biologie moléculaire, d’immunohistochimie et d’électrophysiologie sur tranches, afin de mieux caractériser l’origine des modifications de transmission GABAergique conduisant aux changements d’activité électro-physiologique des neurones du GPe dans ces deux pathologies à l’aide de modèles animaux. Mes principaux résultats montrent l’apparition d’une inhibition tonique dans les neurones du GPe due à un déficit de recapture du GABA dans la MP et une réduction précoce de la transmission synaptique GABAergique dans la MH. Ces résultats suggèrent que les altérations de la transmission GABAergique contribuent à la physiopathologie de la MP et la MH. / The basal ganglia (BG) are a group of sub-cortical nuclei involved in motor, memory and cognitive functions. In the BG, the GABAergic external globus pallidus (GPe) holds a position of relay nucleus between the striatum (STR) and the sub thalamic nucleus within the indirect pathway of the BG. Modifications of rate and pattern of activity of this nucleus are known to be the electrophysiological signatures of Parkinson’s (PD) and Huntington’s diseases (HD). In PD, hyperactivity of the striato-pallidal (STR-GPe) pathway is thought to be responsible for the increase of the extracellular GABAergic concentrations in the GPe and participate to the hypoactivity of pallidal neurons observed in experimental Parkinsonism. In contrast, during HD, it is recognized that the hyperactivity of GPe neurons is due to the degeneration of striato-pallidal neurons and thus to the reduction of the main source of pallidal GABAergic inhibition. However, the molecular mechanisms involved in these modifications of pallidal activity are not well characterized. Therefore, using PD and HD animal models, the 6-OHDA rodents and the R6-1 transgenic mice respectively, we have performed molecular biology, immunohistochemistry and electrophysiological in vitro experiments in order to better understand the origin of GABAergic transmission alterations leading to changes in electrophysiological activity of GPe neurons into these two pathologies. My main results show the apparition of a tonic GABAergic inhibition due to a deficit of GABA uptake in PD and a early stage reduction of GABAergic synaptic transmission in HD. Altogether, these results suggest that alterations of GABAergic transmission contribute to the pathophysiology of PD and HD.

Les cellules précurseur d'oligodendrocytes (CPOs) représentent la majeure source d'oligodendrocytesmyélinisants durant le développement post-natal. Ces progéniteurs, identifiés par l'expression du protéoglycane NG2, sont non seulement extrêmement abondants avant la myélinisation, mais ils persistent aussi dans le cerveau mature. À l'instar d'autres cellules non-neuronales, elles expriment un large panel de canaux ioniques et de récepteurs pour des neurotransmetteurs. Cependant, ils sont uniques de part leur capacité à recevoir de véritables contacts synaptiques neuronaux glutamatergiqueset GABAergiques. Durant cette thèse, nous avons caractérisé les propriétés électrophysiologiques des CPOs durant le développement post-natal du cortex en champ de tonneaux de la souris (premier mois post-natal). En effectuant des enregistrements de patch-clamp, des analyses par RT-PCR sur cellule unique et des analyses pharmacologiques, nous avons observé que la courbe I-V à rectification sortante devient linéaire durant le développement, résultant d'une régulation positive de l'expression des canaux potassiques de type Kir4.1. Dotés de ces canaux, les CPOs adultes sont capables de détecter les augmentations locales de potassium extracellulaire générées par l'activité neuronale. Cette régulation positive développementale des canaux Kir4.1 dans les CPOs révèle que ces cellules ont un gain de fonction durant le développement, leur conférant la capacité de communiquer avec les neurones via un mécanisme non-synaptique lié au potassium. Ce changement développemental soutient aussi l'idée que les CPOs sont probablement plus que des progéniteurs. Dans la deuxième partie de cette thèse, nous nous sommes intéressés à l'étude des patrons de connectivité du réseau GABAergique interneurones-CPOs dans le cortex en champ de tonneaux jeune (deuxième semaine post-natale). Dans un premier temps, nous avons tiré avantage de la haute précision latérale et axiale de la photolyse holographique en mono-photon pour stimuler les interneurones GABAergiques avec une résolution à l'échelle de la cellule, de manière à évoquer un potentiel d'action. Nous avons ensuite utilisé cette technique pour cartographier la connectivité entre interneurones et CPOs. Nous avons trouvé que la probabilité de connexion des CPOs est près de moitié moins que celle des cellules pyramidales, et implique plutôt une microcircuitrie locale. De plus, en effectuant des enregistrements pairés, nous avons observé que les CPOs sont contactés transitoirement par des interneurones à décharge rapide et à décharge régulière. Ces connections se caractérisents pour la présence d'un ou deux sites de libération uniquement. Étonnamment, les sites post-synaptiques contenant des récepteurs GABAA avec la sous-unité γ2 sont principalement connectés par les interneurones à décharge rapide, indiquant que ces cellules constituent une afférence spécifique auprès des CPOs. Ici nous décrivons pour la première fois l'émergence de réseaux corticaux spécifiques entre neurones et cellules non-neuronales. / Oligodendrocyte precursor cells (OPCs) are the main source of myelinating oligodendrocytes during postnatal development. These progenitors, identified by the expression of the proteoglycan NG2, are extremely abundant before myelination, but also persist in the mature brain. Similarly to other non-neuronal cells they express a wide range of ionic and ligand-gated ion channels. However, they are unique by their ability to receive truly glutamatergic and GABAergic synaptic contacts from neurons. During this thesis, we characterized the electrophysiological properties of OPCs during the postnatal development of the mouse somatosensory cortex (post postnatal month). By performing patch-clamp recordings, single-cell RT-PCR analyses and pharmacological approaches, we found that outwardly rectifying I-V curves become linear during development, as the result of an upregulation of Kir4.1 potassium channels. Endowed with these channels, adult OPCs are able to sense local extracellular potassium increases generated by neuronal activity. This developmental upregulation of Kir4.1 channels in OPCs revealed that these cells gain physiological properties during development, conferring them the capacity to communicate with neurons, via a non-synaptic potassium-mediated mechanism. This developmental change also supports the view that OPCs are probably more than simple progenitors. In the second part of this thesis, we were interested in study the connectivity patterns underlying the GABAergic interneuron-OPC network in the young somatosensory cortex (second postnatal week). First, we took advantage of the high lateral and axial precision of one-photon holographic photolysis to stimulate GABAergic interneurons at a single cell resolution in order to evoke an action potential. We then used this technique to map the connectivity between interneurons and OPCs. We found that the connectivity probability of OPCs was around half less than that of pyramidal cells and involved more local microcircuits. In addition, by performing paired-recordings, OPCs showed to be transiently contacted by fast-spiking (FSI) and non-fast-spiking (NFSI) interneurons, through single or double release sites. Interestingly, postsynaptic sites containing GABAA receptors with the γ2 subunit were predominantly connected by FSI, indicating that these cells provide a specific input to OPCs. Here we described for the first time the emergence of specific cortical network between neurons and non-neuronal cells. In conclusion, this thesis contributed to get a better understanding of the different modes of communication between neurons and OPCs and the establishment of new signaling mechanisms used by neurons to control the activity of these precursors.

Seules deux structures du système nerveux central adulte, la zone sous-granulaire et la zone sous-ventriculaire, produisent continuellement de nouveaux neurones et sont considérées comme neurogènes. En dehors de ces zones délimitées, le tissu nerveux ne possède pas de telles facultés. Leurs influences anti-neurogènes peuvent cependant être mises entre parenthèses dans certaines conditions. Cela se produit après neurectomie vestibulaire unilatérale (NVU) chez le chat adulte ; en effet, des études immunohistochimiques et comportementales nous ont permis de découvrir l'existence d'une neurogenèse réactionnelle de type GABAergique dans les noyaux vestibulaires désafférentés situés dans le tronc cérébral. Nos résultats témoignent de l'implication fonctionnelle de cette prolifération cellulaire dans la restauration des fonctions posturo-locomotrices suite à une NVU. Nous avons également mis en évidence que les caractéristiques et l'intensité de la désafférentation vestibulaire déterminent, non seulement, le décours temporel de la restauration des fonctions vestibulaires, mais aussi les différents mécanismes cellulaires post-lésionnels et le potentiel neurogène des noyaux vestibulaires. En outre, nous avons démontré que l'activation ou le blocage des récepteurs GABA de type A influence d'une part, les différentes étapes de la neurogenèse réactionnelle dans les noyaux vestibulaires, et détermine d'autre part le décours de la récupération comportementale des animaux. Ainsi, le système GABAergique joue-t-il un rôle important dans la régulation de la neurogenèse induite après NVU et de sa fonctionnalité. / Only two structures of the adult central nervous system: the subgranular zone and the subventricular zone, produce continuously new neurons and are considered as neurogenic. Outside these two delimited areas, nervous tissue does not have such faculties. The anti-neurogenic influences can however be removed under specific conditions. That is what happens after unilateral vestibular neurectomy (UVN) in the adult cat: behavioral and immunohistochemical studies have demonstrated the existence of a reactive GABAergic neurogenesis in the deafferented vestibular nuclei located in the brainstem. Our results demonstrate the functional role of the vestibular cell proliferation in the postural locomotor function recovery after UVN. We also demonstrated that characteristics and intensity of the vestibular lesion, not only determine the time course of recovery of vestibular function, but also the post-lesional cellular mechanisms and the neurogenic potential occurring in the vestibular nuclei. In addition, we showed that activation or blockade of GABA type A receptors influences the different steps of neurogenesis in the vestibular nuclei, and also determines the time course of behavioral recovery. Thus, the GABAergic system influences reactive neurogenesis that is benefic for vestibular compensation process. Finally, the results of a recent study demonstrated that vestibular-hippocampal relations exist, and that stress induced by vestibular deafferentation can modulate adult neurogenesis in both the vestibular nuclei and the dentate gyrus in the adult cat.