Le kaïnate, est une puissante neurotoxine connue pour induire des convulsions qui rappellent celles trouvées chez les patients atteints d'épilepsie du lobe temporal (ELT). Cependant, le rôle des récepteurs kaïnate activés par le glutamate endogène dans l'ELT n'est pas encore connu. Chez les patients atteints d'ELT et dans les modèles animaux, le tissu neuronal subit une réorganisation majeure. Ce phénomène est particulièrement bien documenté dans le gyrus denté où les axones des cellules granulaires, bourgeonnent pour former un circuit récurrent excitateur aberrant. L'équipe a montré que ces synapses récurrentes moussues nouvellement formées sont aberrantes dans leurs modes de fonctionnement. En effet, en plus des synapses opérant via des récepteurs glutamatergiques de type AMPA présentes en conditions physiologiques, la moitié des synapses aberrantes fonctionnent via des récepteurs de type kaïnate. Les évènements générés par les récepteurs kaïnate ont une cinétique lente, leur permettant de s'intégrer dans une fenêtre temporelle anormalement étendue engendrant un taux de décharge soutenu et fortement rythmique des cellules du gyrus denté de rats épileptiques. L'objectif de mon travail de thèse a été d'étudier l'implication des récepteurs kaïnate dans les activités épileptiques de l'hippocampe. En utilisant différents modèles d'ELT nous avons pu observer que l'absence de ces récepteurs induit une forte diminution de la fréquence des activités épileptiformes dans le gyrus denté in vitro mais également in vivo. Cette étude démontre que les récepteurs kaïnate contenant la sous-unité GluK2 contribuent à la genèse des crises. / Kainate is a potent neurotoxin known to induce acute seizures. However, whether kainate receptors play any role in the pathophysiology of temporal lobe epilepsy (TLE) is not yet known. In animal models of chronic epilepsy, as in human TLE, the hippocampus displays major network reorganization. In particular, sprouting of hippocampal mossy fibers leads to the formation of powerful recurrent excitatory circuits among dentate granule cells, which partly accounts for the enhanced ability of the hippocampus to generate epileptiform activity in human patients and animal models of TLE. At the aberrant recurrent excitatory synapses, mossy fiber inputs impinging on dentate granule cells operate mostly via ectopic kainate receptors and drive synaptic events with abnormal long lasting kinetics not present in naïve conditions. The goal of this work was to explore the pathophysiological implications of kainate receptors in generation of recurrent seizure in TLE through the use of kainate receptors subunit deficient mice and selected pharmacological agents. In an animal model of TLE, we observed a strong reduction of both interictal and ictal activities in the dentate gyrus in vitro and in vivo, in mice lacking the GluK2 subunit, and through the application of a pharmacological agent inhibiting GluK2/GluK5 receptors. Therefore, we demonstrate that aberrant GluK2-containing kainate receptors contribute to chronic seizures in TLE, urging for the development of antiepileptic strategies targeting these receptors.

Les synapses se forment selon plusieurs étapes comprenant la stabilisation des contacts nouvellement formés et leur maturation. Ces différentes étapes dépendent d’une mise en place coordonnée entre la terminaison pré- et postsynaptique. Les protéines composant la présynapse et les récepteurs ionotropiques du glutamate ont des rôles clés dans ces processus. Lors de ma thèse, je me suis intéressé à l’implication de la protéine présynaptique Bassoon lors de la maturation des synapses glutamatergiques entre les fibres moussues et les cellules pyramidales de CA3 dans l’hippocampe. Cette synapse constitue un modèle attractif pour l’étude de la maturation synaptique car elle suit des étapes de maturation morphologique et fonctionnelle bien définies. Bassoon est une des premières protéines se mettant en place au niveau des contacts synaptiques nouvellement formés. Par des approches électrophysiologiques, nous avons montré que la protéine Bassoon était importante pour l’organisation du site de libération de neurotransmetteur durant les deux premières semaines de vie post-natale chez la souris.Les récepteurs kaïnate jouent un rôle important dans la régulation de l’activité de réseau au cours du développement post-natal. Cependant l’impact de l’activation de ces récepteurs sur la maturation synaptique est peu connu. J’ai pu mettre en évidence un délai dans la maturation fonctionnelle de la synapse fibre moussue/cellule pyramidale de CA3 chez les souris déficientes pour la sous-unité GluK2 des récepteurs kaïnate (GluK2-/-). Afin de comprendre si ce délai de maturation fonctionnelle est corrélé à un retard dans la maturation morphologique de cette synapse, nous avons mis en place des infections de lentivirus codant pour une protéine membranaire fluorescente (YFP) chez le souriceau nouveau-né (P1-P2). A l’aide de microscopie confocale et de reconstruction en 3D, nous avons ainsi pu décrire la maturation morphologique de la synapse fibre moussue/cellule pyramidale de CA3. Cela m’a également permis de corréler la maturation fonctionnelle à la maturation morphologique et mes résultats montrent également un retard dans la mise en place des synapses chez les souris GluK2-/-. L’ensemble de cette étude révèle l’importance de l’activité synaptique et de la coordination entre mise en place de la pré- et de la postsynapse au cours de la maturation synaptique. / The formation of synapses follows different steps including synaptogenesis and maturation. These different steps depend on coordinated pre- and post-synaptic assembly. Pre-synaptic proteins and ionotropic glutamate receptors play a central role in these processes. During my thesis, I have been interested in the implication of the presynaptic protein Bassoon in the maturation of the hippocampal mossy fiber to CA3 pyramidal cell glutamatergic synapses. This synapse constitutes an attractive model for the study of synaptic maturation because it follows several steps of defined morphological and functional maturation. Bassoon in one of the first protein present at newly formed synaptic contacts. By electrophysiological approaches, we showed that Bassoon is important for the organization of the active zone during the first two postnatal weeks.Kainate receptors play an important role in the regulation of network activity during postnatal development. However, the impact of kainate receptors activation on synaptic maturation is less known. I showed a delay in functional maturation of mossy fiber synapses in mice deficient for the GluK2 subunit of kainate receptors (GluK2-/-). To know if this delay is correlated to morphological alterations of this synapse, we setup in vivo lentiviral infections of membrane fluorescent protein (YFP) in mouse pups (P1-P2). Using confocal microscopy and 3D reconstruction, we described the morphological maturation of mossy fiber synapses. We were able to correlate functional and morphological maturation and our results also showed an impairment in the formation of mossy fiber synapses in GluK2-/-. Together, these data reveal the importance of synaptic activity and of the coordination of pre- and post-synaptic assembly during synaptic maturation.

Le gyrus denté occupe une position clé au sein du lobe temporal des mammifères en constituant le point de contrôle entre le système néocortical et le système hippocampique. Considéré comme la porte de l'hippocampe, le gyrus denté filtre les activités excitatrices en provenance du cortex entorhinal grâce à la décharge éparse des cellules granulaires. Ce type de codage neuronal lui confère également un rôle déterminant dans les mécanismes de l'apprentissage et de la mémoire lors de la distinction d'évènements similaires mais différents, en permettant la décorrélation des patrons d'activité corticale. Grâce à un ensemble de propriétés structurales et fonctionnelles, les cellules granulaires du gyrus denté génèrent des évènements synaptiques extrêmement rapides restreignant leur fenêtre temporelle d'intégration et leur permettant de jouer le rôle de détecteurs de coïncidence. Au cours d'une épilepsie du lobe temporal (ELT), l'hippocampe présente d'importantes altérations de codage neuronal qui pourraient participer aux troubles cognitifs décrits chez les patients et les modèles animaux. Dans ces conditions pathologiques, les axones des cellules granulaires du gyrus denté (les fibres moussues) bourgeonnent et établissent des synapses aberrantes au niveau d'autres cellules granulaires, créant ainsi un puissant réseau excitateur récurrent. Ces fibres moussues récurrentes convertissent la nature de la transmission glutamatergique car elles opèrent via des récepteurs kaïnate générant des potentiels post-synaptiques à cinétique lente, absents en condition contrôle. / The dentate gyrus plays a major role at the gate of the hippocampus, filtering incoming information from the entorhinal cortex. A fundamental coding property of dentate granule cells (DGCs) is their sparse firing. Indeed, they behave as a coincidence detector due to the fast kinetics of excitatory synaptic events restricting integration of afferent inputs to a narrow time window. In temporal lobe epilepsy (TLE), the hippocampus displays important coding alterations that may play a role in cognitive impairments described in patients and animal models. However, the cellular mechanisms remain poorly understood. In animal models of TLE and human patients, neuronal tissue undergoes major reorganization; some neurons die whereas others, which are severed in their inputs or outputs, sprout and form novel aberrant connections. This phenomenon, called reactive plasticity, is well documented in the dentate gyrus where DGC axons (the mossy fibres) sprout and create a powerful excitatory network between DGCs. We recently showed that in addition to the axonal rewiring, recurrent mossy fibres convert the nature of glutamatergic transmission in the dentate gyrus because they operate via long-lasting kainate receptor (KAR)-mediated EPSPs (EPSPKA) not present in the naive condition.