Les patients atteints de polyarthrite rhumatoide (PR) ont une diminution de l'espérance de vie de 10 à 15 ans. Cette augmentation de la mortalité semble liée à un processus athéromateux accéléré. La dysfonction endothéliale (DE) joue un rôle clé dans ce processus. L'arginase est une enzyme qui régule le niveau de NO par compétition avec la NO Synthase (NOS) pour leur substrat commun, la L-arginine.Nous avons montré que la vasodilatation Acétylcholine (ACh) dépendante était altérée dans le modèle d'Arthrite Induite à Adjuvant (AIA) chez le rat Lewis, témoignant d'une DE. L'incubation des anneaux aortiques avec la nor-NOHA un inhibiteur sélectif d'arginase a amélioré la réponse vasculaire à l'ACh chez les rats AIA. L'activité et l'expression vasculaire de l'arginase se sont révélées augmentées chez les rats AIA et corrélées positivement à la sévérité de l'arthrite.Nous avons caractérisé les mécanismes impliqués dans la DE du rat AIA. Nos résultats ont montré que la DE mettait enjeu une diminution de l'activité de la NO synthase, un déficit en EDHF, une suractivité de la COX-2, ainsi qu'une production excessive des anions superoxydes. Le traitement curatif des rats AIA par la nor-NOHA pendant 3 semaines, a permis de restaurer la fonction endothéliale. L'inhibition de l'arginase n'a pas modifié l'atteinte articulaire des rats AIA.Nos travaux ont permis de mieux comprendre la physiopathologie de la DE associée à la PR et ont déterminé pour la première fois le rôle délétère de l'arginase dans cette anomalie. Ils ouvrent des perspectives quant à l'utilisation des inhibiteurs d'arginase comme futurs traitements pharmacologiques de l'atteinte vasculaire du patient PR / Patients with RA are characterized by a decrease in life expectancy of 10 to 15 years. This increase in mortality seems to be related to an accelerated atheroma process. Endothelial dysfunction (ED) has a key role in these processes. The arginase is an enzyme which regulates the level of NO by competing with the NO synthase (NOS) to their common substrate, L-arginine.We showed that acetylcholine (ACh) dependent vasodilation was altered in the model of Adjuvant Induced Arthritis (AIA) in Lewis rats, indicating a endothelial dysfunction. The incubation of aortic rings with nor-NOHA has improved the vascular response to ACh in AIA rats. The activity and expression of vascular arginase are increased in AIA rats and positively correlated with the severity of arthritis.We characterized the mechanisms involved in DE in AIA rats. Our results showed that ED involved a decrease of activity of NO synthase, a decrease of EDHF, overactiviry of COX-2, thromboxane synthase and prostacyclin synthase, as well as excessive superoxide anions. The cure of AIA rats by a selective inhibitor of arginase, nor-NOHA for 3 weeks, has restored endothelial function. In contrast, inhibition of arginase activity did not change the weight, the diameter of ankles, radiological or histological articular damage in AIA rats.Our work has led to a better understanding of pathophysiology of ED associated with rheumatoid arthritis and determined for the first time the deleterious role of arginase in this vascular anomaly. These results open prospects for the use of arginase inhibitors as future pharmacological treatment of vascular patient PR.

Les canaux sodiques dépendants du voltage, ou canaux Nav, jouent un rôle capital dans l'excitabilité neuronale, dans la genèse et dans la propagation des potentiels d'action. Le canal Nav1.9 se distingue par une expression restreinte aux nocicepteurs et par des propriétés électrophysiologiques uniques qui, si elles excluent sa contribution à la phase dépolarisante du potentiel d'action, lui confèreraient un rôle dans la modulation de l'excitabilité des nocicepteurs. Ce travail de thèse vise à caractériser son implication dans la physiopathologie de la douleur par une approche comportementale, moléculaire et fonctionnelle. La première partie de ce travail consiste à étudier la contribution du canal Nav1.9 à la douleur inflammatoire. Nous avons donc réalisé différents tests comportementaux chez des souris knock-out (KO) et des rats traités par antisens (knock-down) modèles de douleur inflammatoire (aigu, subaigu, chronique). L'expression du canal ainsi que ses propriétés électrophysiologiques sont ensuite analysées chez ces mêmes modèles animaux. Notre premier constat est que le canal Nav1.9 n'est pas impliqué dans la réponse à une stimulation mécanique ou thermique chaude nociceptive chez des animaux sains. En revanche, l'hypersensibilité douloureuse thermique et mécanique induite par une inflammation subaiguë (carragénine intraplantaire) ou chronique (monoarthrite) est significativement réduite chez la souris KO Nav1.9. Un résultat similaire est obtenu par traitement antisens chez le rat, sur le modèle d'inflammation subaiguë. Chez la souris, suite à l'induction d'une inflammation subaiguë, une légère diminution suivie d'une forte augmentation de l'expression protéique du canal Nav1.9 est observée dans les ganglions rachidiens innervant la patte enflammée. Une augmentation de la quantité de canaux est également observée au niveau des troncs nerveux cutanés innervant cette même zone. Les canaux néosynthétisés ne contribuent pas au courant sodique enregistré en patch clamp dans les corps cellulaires des neurones des ganglions rachidiens, mais nos données suggèrent qu'ils sont exportés en direction des terminaisons nerveuses, où ils pourraient devenir fonctionnels et augmenter l'excitabilité cellulaire. La deuxième partie de ce travail de thèse consiste à caractériser l'implication de canal Nav1.9 dans la perception du froid et dans l'hypersensibilité au froid induite par l'oxaliplatine. Nous avons en effet observé de manière inattendue que les souris KO Nav1.9 présentent des seuils de douleur au froid (<10°C) plus élevés que les souris sauvages. Ce phénomène est confirmé par plusieurs tests comportementaux chez les souris KO et chez des rats traités par antisens anti-Nav1.9. L'oxaliplatine, prescrit dans le traitement des cancers colorectaux, est connu pour induire une hypersensibilité au froid invalidante chez la majorité des patients. Nous avons donc décidé d'étudier la contribution du canal Nav1.9 à ce symptôme. Suite à une injection unique d'oxaliplatine, une forte hypersensibilité au froid apparait chez les souris dès 20°C. Nous montrons que le KO Nav1.9 permet de supprimer l'hypersensibilité au froid aux températures normalement non douloureuses (20 et 15°C, allodynie), et de réduire l'hypersensibilité aux températures douloureuses (10 et 5°C, hyperalgie). Le même effet est observé chez le rat après traitement antisens. En conclusion, ce travail permet de mettre en évidence l'intérêt du canal Nav1.9 en tant que cible pharmacologique potentielle pour le traitement de douleurs inflammatoires et de l'hypersensibilité au froid induite par l'oxaliplatine. Il est de plus intéressant de constater que les seuils de réponse à des stimuli nociceptifs ne sont pas perturbés chez les souris KO Nav1.9 saines, à l'exception de la douleur provoquée par des températures froides extrêmes. Le blocage du canal Nav1.9 aurait donc des propriétés anti-hyperalgiques plutôt qu'antalgique, ce qui est conceptuellement intéressant. / Voltage-gated sodium channels, or Nav channels, play a key role in neuronal excitability and in the emission and propagation of action potentials. Among the different Nav isoforms, Nav1.9 is only expressed in nociceptors and shows atypical electrophysiological properties which, if they exclude a possible contribution to the depolarizing phase of the action potential, could be important for the modulation of nociceptors' excitability. This study aims to characterize the Nav1.9 implication in the pathophysiology of pain using behavioral, molecular and functional approaches. The first part of this work is to assess the Nav1.9 contribution to inflammatory pain. Therefore we have performed several behavioral tests in different inflammatory pain models (acute, subacute, chronic), using knock-out (KO) mice and rats treated with antisense oligodeoxynucleotides. Nav1.9 expression and electrophysiological properties are then analyzed within the same animal models. First, we observe that Nav1.9 channels do not contribute to pain perception in response to noxious heat or pressure in healthy animals. However, thermal and mechanical pain hypersensitivity induced by subacute (intraplantar carrageenan) or chronic (monoarthritis) inflammation is significantly lowered in Nav1.9 knock-out mice. Similar results are obtained on the subacute inflammation model using a knock-down strategy in rats. A weak reduction followed by a strong increase in Nav1.9 protein expression is observed in mice dorsal root ganglions innervating the inflamed paw during subacute inflammation. We also observe an increase in Nav1.9 immunolabeling in cutaneous nerve trunks innervating this zone. Whereas the newly produced channels do not contribute to the sodium current recorded in dorsal root ganglion cell bodies, as assessed by patch clamp, our data suggest that they are transported to nerve terminals where they could become functional and increase neuronal excitability. In the second part of this study, we aim to characterize the implication of Nav1.9 channels in cold perception and in oxaliplatin-induced cold hypersensitivity. Indeed, we surprisingly observed that Nav1.9 KO mice showed higher pain thresholds to intense cold (<10°C) than wild-type mice. This observation is confirmed by several behavioral tests in KO mice and in antisense-treated rats. As oxaliplatine (a platinum salt used to treat colorectal cancer) is known to induce cold pain hypersensitivity in most of the patients, we decided to study the Nav1.9 contribution to this symptom. Following acute oxaliplatin injection, a strong cold hypersensitivity is observed in wild-type mice at 20°C and below. We show that Nav1.9 KO results in a suppression of cold hypersensitivity to non-noxious temperatures (20 and 15°C, allodynia), and a reduction of hypersensitivity to noxious cold (10 and 5°C, hyperalgesia). A similar observation is made using Nav1.9 knock-down in rats. To conclude, our data shows that Nav1.9 could be potentially a good target to treat acute to chronic inflammatory pain, as well as oxaliplatin-induced cold hypersensitivity. Furthermore, as Nav1.9 is not involved in defining pain thresholds of healthy animals (except for noxious cold), its blockade would have anti-hyperalgesic rather than analgesic effects, which is conceptually interesting.

Cerebral ischemia is a highly debilitating condition where shortage of oxygen and glucose leads to profuse cell death. Insufficient blood supply to the brain leads to cerebral ischemia and increase in extracellular lactate concentrations. Rise in lactate concentration and the leak potassium channel TREK1 have been independently associated with cerebral ischemia. Lactate is a neuroprotective metabolite whose concentrations increase to 15-30 mM during ischemia and TREK1 is a neuroprotective potassium channel which is upregulated during ischemia. Recent literature suggests lactate to be neuroprotective and TREK1 knockout mice show an increased sensitivity to brain and spinal cord ischemia, however the connecting link between the two is missing. We hypothesized that lactate might interact with TREK1 channels and mediate neuroprotection. The aim of this study was to investigate the effect of lactate on activity and expression of TREK1 channels and evaluate the role of lactate-TREK1 interaction in conferring neuroprotection in the ischemia-prone hippocampus Ischemic concentrations (15-30 mM) of lactate at pH 7.4 increased whole cell TREK1 current in CA1 stratum radiator astrocytes and caused membrane hyperpolarization. We confirmed the intracellular action of lactate on TREK1 in hippocampal slices using mono carboxylate transporter blockers. The intracellular effect of lactate on TREK1 channels is specific since other mono carboxylates such as pyruvate at pH 7.4 failed to increase TREK1 current. We used immunostaining, western blot and electrophysiology to show that 15-30 mM of lactate increased functional TREK1 protein expression by 1.5-3 fold in hippocampal astrocytes. Next, we performed quantitative PCR to investigate if the increase in TREK1 protein expression was due to increased transcription and found that lactate stimulated TREK1 mRNA transcription to increase TREK1 protein. Lactate mediated increase in TREK1 expression was dependent on protein kinase A as inhibitors of protein kinase A abolished the increase in TREK1 mRNA and protein. The role of lactate-TREK1 interaction in neuroprotection was subsequently investigated using an in vitro oxygen glucose deprivation model of ischemia. Addition of 30 mM lactate to oxygen glucose deprived slices reduced neuronal death in the hippocampal CA1 pyramidal layer. However, 30 mM lactate failed to reduce cell death in rat hippocampal slices treated with TREK1 channel blockers signifying the requirement of active TREK1 channels for lactate mediated neuroprotection. However, lactate in the presence of protein kinase inhibitor failed to reduce cell death. This might be related to the role of protein kinase A in upregulation of TREK1 channels. We also estimated CA1 pyramidal neuronal TREK1 channel expression and found both lactate and oxygen glucose deprivation to decrease TREK1 channel expression that was surprisingly opposite to the effects on astrocytes. As TREK1 channel activation and upregulation decreases neuronal excitability, a decrease in neuronal TREK1 channel expression in response to lactate is expected to cause higher neuronal death and fails to explain lactate mediated neuroprotection. Since, lactate upregulated TREK1 channel expression and functional activity in CA1 stratum radiate astrocytes, we reasoned that the lactate mediated neuroprotection might be via astrocytic TREK1 channels requiring viable functional astrocytes. This was tested by disrupting astrocyte function using gliotoxin, and estimating cell death in oxygen glucose deprived hippocampal slices. Lactate failed to reduce cell death in presence of gliotoxin signifying the importance of viable astrocytes for lactate mediated neuroprotection. The above effects were specific to lactate as pyruvate failed to increase TREK1 expression and reduce cell death. TREK1 channels contribute to neuroprotection by enhancing potassium buffering and glutamate clearance capacity of astrocytes. We propose that lactate promotes neuronal survival in hippocampus by increasing TREK1 channel expression and activity in astrocytes during ischemia. This pathway serves as an alternate mechanism of neuroprotection.

L’objectif de cette thèse est de décrire le réseau cérébral et la dynamique neuronale qui pourraient servir de support aux aversions alimentaires de type olfactives. Nous avons réalisé des enregistrements multisites de potentiel de champ locaux chez le rat vigile engagé dans cet apprentissage, en proposant deux modes de présentation de l’indice olfactif : à proximité de l’eau de boisson (distal) ou ingéré (distal-proximal). Après apprentissage, la présentation du seul indice distal induit l’émergence d’une activité oscillatoire de forte amplitude dans la bande de fréquence beta (15-40 Hz). Finement corrélée au comportement d’aversion de l’animal, cette activité est proposée comme la signature du réseau de structures fonctionnellement impliquées dans la reconnaissance de l’odeur en tant que signal. Nous montrons que ce réseau peut être plus ou moins étendu selon la façon dont le stimulus a été perçu lors du conditionnement: dans certaines aires (bulbe olfactif, cortex piriforme, amygdale basolatérale, cortex orbitofrontal) la modulation en puissance de l’activité beta se fait indépendamment du mode de conditionnement; dans d’autres aires (cortex insulaire, cortex infralimbique) ces changements ont lieu si et seulement si l’odeur a été ingérée. Complétés par l’étude des interactions fonctionnelles entre ces différentes structures dans la bande de fréquence considérée, ces résultats nous permettent de mieux comprendre comment un stimulus peut être représenté en mémoire dans un réseau cérébral en fonction de l’expérience que l’animal en a fait. / The goal of this thesis is to describe the dynamic of the neural network involved in food aversion based on olfactory cue. We performed multisite recordings of local field potential in the behaving rat engaged in such aversion learning and offered two modes of presentation of the olfactory cue: either close to drinking water (distal) or ingested (distal-proximal). After learning, the presentation of the distal cue alone induced the emergence of a powerful oscillation in the beta frequency band (15-40 Hz). Finely correlated with the aversive behavior of the animal, this activity has been proposed as the signature of the neural network functionally involved in odor signal recognition. We showed that this network may be more or less extended depending on how the stimulus has been experienced during conditioning: in some areas (olfactory bulb, piriform cortex, basolateral amygdala, orbitofrontal cortex), modulation of beta power were observed whatever the mode of odor presentation; in other areas (insular and infralimbic cortices) these changes took place only if the odor cue has been ingested. Associated to the analysis of transient oscillatory synchronizations between these different structures, these results allowed us to better understand how a stimulus could be represented in memory by a cerebral network depending on the way the animal had experienced it.

Les derniers apports nutritionnels conseillés recommandent une consommation plus importante en acides gras polyinsaturés de la série n-3 que celle actuellement constatée dans l’alimentation française. Dans ce contexte, il convenait d’appréhender les facteurs susceptibles de moduler l’absorption et le devenir de leur chef de file, l’ALA, en faisant appel à deux approches, l’une in vivo (rat), l’autre in vitro (Caco-2). L’étude relative au devenir métabolique de l’ALA, selon sa forme physique et chimique de présentation, a été réalisée avec des lipides « modèles » (TAG structurés) ou naturels (huile de lin) riches en ALA, et selon différents systèmes lipidiques (huile en phase continue ou en émulsion de type huile dans eau et de composition en phospholipides variables). Les résultats obtenus in vivo et in vitro à l’égard de l’huile de lin (émulsionnée ou non) montrent que l’émulsification accélère non seulement le passage intestinal de l’ALA mais améliore également sa concentration lymphatique. L’étude cellulaire a par ailleurs démontré que la présence de lysophospholipides dans les micelles mixtes permet d’améliorer la sécrétion de l’ALA dans les lipoprotéines. D’autre part, le devenir métabolique de l’ALA dépend de sa régiolocalisation sur le triglycéride alimentaire. En effet, les résultats de l’étude faisant appel aux TAG structurés montrent que la position interne n’est que partiellement conservée dans la lymphe, suggérant qu’une hydrolyse des 2-MAG serait opérée par une MG lipase. En conséquence, l’ensemble des résultats obtenus lors de cette étude montre que l’absorption et le transport de l’ALA seraient uniquement modulés selon la forme physique de l’acide gras alors que son devenir et son utilisation métabolique dépendraient de sa régiolocalisation sur le TAG alimentaire. Ces deux facteurs réunis permettraient dés lors de prévenir l’ALA d’une β-oxydation précoce, en vue de favoriser son élongation en dérivés supérieurs dans les tissus cibles. / The last recommended nutrient intakes advise a higher consumption of n-3 polyunsaturated fatty acids series than currently found in French diet. In this context, it was appropriate to apprehend the factors that could modulate the absorption and fate of their leader, ALA, using two approaches, one in vivo (rat), the other one in vitro (Caco-2). The study on the metabolic fate of ALA, according to its physical and chemical submission form, was conducted with "models" lipids (structured TAG) or natural (flaxseed oil) rich in ALA, and according to different lipid systems (oil in continuous phase or in emulsion type oil in water and with variable phospholipid composition). Results obtained in vivo and in vitro for flaxseed oil (emulsion or not) show that emulsification enhances the recovery of ALA at the intestinal level but also improves its lymphatic concentration. The cell study also demonstrated that the presence of lysophospholipids in mixed micelles can improve the secretion of ALA in lipoproteins. On the other hand, the metabolic fate of ALA depends on its location on the glycerol backbone of the dietary triglyceride. The results of the study using structured TAG show that the internal position is partially preserved in lymph, suggesting that a hydrolysis of 2 - MAG by MG lipase could occur. Accordingly, all of the results obtained in this study shows that the absorption and transport of ALA would only be modulated according to the physical form of the fatty acid while its fate and its metabolic use would depend on its location on the dietary TAG. These two factors combined would then allow preventing the early β-oxidation of ALA in order to promote its elongation in higher derivatives in the target tissues.

On étudie les effets des nanoparticules (d'argent et de silice) manufacturées sur les métabolismes oxydatifs et inflammatoire. La première partie étudie la toxicité in vivo de l'ingestion de nanoparticules d'argent, pendant 11 semaines, sur un modèle animal - rat Sprague Dawley. Nous y avons mis en évidence l'action toxique des nanoparticules d'argent notamment une hausse de la production d'anion superoxyde par les NADPH oxydases hépatiques et cardiaques, des dyslipidémies, une cytolyse hépatique, une augmentation de cytokines pro-inflammatoires et une tendance à la baisse de l'activité d'enzymes antioxydantes. Ceci nous a conduit à aborder l'étude in vitro, sur des modèles cellulaires intestinaux (Caco-2) et cutanés (HaCaT). Au cours de cette étude, des nanoparticules de silice, fonctionnalisées ou non avec des antioxydants, ont été incubées pendant 24 H en présence des cellules. Nous montrons que la modification de la surface des nanoparticules réduit considérablement leur toxicité en limitant la production d'espèces radicalaires et la mortalité cellulaire. D’autre part, le couplage avec un antioxydant permet d’augmenter la stimulation de voie de signalisation du facteur Nrf2. Cette voie est impliquée dans la protection de l’organisme contre les troubles liés aux espèces radicalaires. En somme, ce travail met en avant les potentialités de la vectorisation d’antioxydants avec des nanoparticules à des fins thérapeutiques. / The purpose of this study is to explore the effects of nanoparticles (silver and silica) manufactured on oxidative and inflammatory metabolism. In the first part of this work, we explored the in vivo toxicity from ingestion of silver nanoparticles, for 11 weeks, in an animal model - Sprague Dawley rat. This enabled us to demonstrate the toxic properties of silver nanoparticles including superoxide anion production by hepatic and cardiac NADPH oxidases, dyslipidemia, hepatic cytolysis, an increase in proinflammatory cytokines and a downward trend the activity of antioxidant enzymes. This led us to address the in vitro study on intestinal cell models (Caco-2) and cutaneous (HaCaT). During this study, silica nanoparticles, functionalized or not with anti-oxidants, were incubated for 24 hours in the presence of the cells. We show that the modification of the surface of the nanoparticles significantly reduces their toxicity limiting the production of free radical species and cell death. Furthermore, the coupling with an anti-oxidant increases the stimulation of Nrf2 factor that involves the protection of the body against disorders associated with radical species. In summary, this work highlights the potential of vectorization of antioxidants with nanoparticles for therapeutic purposes.

There are various digital teaching materials as expected due to the always increasing and changing digitization. Digitization is widespread in our everyday lives and our school system. Teaching mathematics is no exception. The national agency for education in Sweden describes digitization as closely connected to teaching mathematics which can be read in the national curriculum.   The purpose of the survey was to see to what extent teachers use digital teaching materials and how they use it in their mathematics teaching. There were 87 mathematics teachers who participated and answered the questions, to what extent teachers use digital teaching materials and how they use it in their mathematics teaching.    With support of PIC-RAT, MDTDK and Choppin- framework, the answers were analyzed and the results indicate that most teachers use digital teaching materials in mathematics teaching, at least once a week. Many teachers use digital teaching materials several times a week and as a variation and extending the context, by choosing exercises and making adjustments for the students needs and levels. / Det finns mycket olika digitala läromedel vilket kan ses som en effekt då digitaliseringen är en ständigt växande och föränderlig faktor som påverkar både i vardagen såsom i skolverksamheten. Matematikundervisningen är inte ett undantag. Skolverket beskriver digitaliseringen som nära kopplad till just matematikundervisningen vilket kan ses i läroplanen. Syftet med studien var att undersöka i vilken utsträckning som lärare använder digitala läromedel samt hur dem används i matematikundervisningen. I studien svarade 87 lärare som undervisar i matematik på en enkät om hur digitala läromedel används i matematikundervisningen och i vilken utsträckning det görs. Med hjälp av valda ramverken PIC-RAT, MDTDK samt Choppin analyserades svaren från respondenterna. Resultaten visar att en stor andel lärare använder digitala läromedel i matematikundervisningen vid minst ett tillfälle i veckan. Många lärare använder digitala läromedel flera gånger i veckan och för att skapa en variation i undervisningen men även för att bredda matematikundervisningens innehåll. Lärarna gör det genom att välja uppgifter och göra anpassningar i det digitala läromedlet utifrån elevernas behov och nivå.

L'oubli est une perte temporaire ou permanente de mémoire, que l'on perçoit souvent de manière déplaisante lorsqu'elle nous empêche d'accéder à un savoir que l'on a acquis. Cependant, des découvertes récentes suggèrent que l'oubli peut aussi être un processus adaptatif permettant d'optimiser notre mémoire, en effaçant des informations non pertinentes susceptibles d'interférer avec le stockage ou le rappel de nouvelles informations. Ainsi, l'oubli adaptatif est particulièrement essentiel au fonctionnement de notre mémoire à court terme ou mémoire de travail (MT), car les informations qui y sont stockées doivent être oubliées une fois utilisées. A l'inverse, des informations peuvent être stockées pendant toute une vie dans la mémoire à long terme ou mémoire de référence (MR) chez l'animal. Les mécanismes cellulaires et moléculaires sous-tendant le stockage des informations en mémoire mais également leur oubli adaptatif restent mal connus. Au cours de cette thèse, nous avons adopté une approche comparative et utilisé trois tâches comportementales chez le rat au sein d’un même labyrinthe radial : une tâche de MR et deux tâches de MT impliquant un oubli adaptatif plus ou moins efficace. Nous avons étudié la transmission synaptique à la synapse entre le cortex entorhinal et le gyrus denté (voie d’entrée de l’hippocampe, structure clé de la mémoire) entre les deux jours d’apprentissage de ces trois tâches. Nous avons montré que la consolidation mnésique (en MR) induit un phénomène de potentialisation synaptique à long terme (proche d'une LTP), comme attendu d’après la littérature. A l'inverse, nous avons montré pour la première fois que l’oubli adaptatif en MT induirait une dépression synaptique à long terme. De plus, de nombreuses études suggèrent l’implication du sommeil dans la mémoire, mais le rôle des différentes phases de sommeil dans la consolidation mnésique ainsi que leur rôle dans l’oubli adaptatif reste ambigu. Nous avons donc également réalisé des enregistrements polysomnographiques (entre les deux jours des tâches), afin de quantifier la durée des états sommeil et la puissance des oscillations cérébrales. Nous avons ainsi confirmé le rôle du sommeil paradoxal, et plus particulièrement de ses oscillations gamma, pour la consolidation mnésique en MR. A l’inverse, l’oubli adaptatif en MT serait favorisé par les oscillations lentes du sommeil lent. Ces résultats représentent une contribution significative non seulement aux mécanismes neuronaux sous-tendant la mémoire et l’oubli adaptatif, mais également aux modulations de ces mécanismes par le sommeil. Nous avons donc montré que la consolidation mnésique induit un phénomène physiologique de potentialisation synaptique proche d'une LTP. Or l’induction artificielle de LTP par stimulation tétanique est considérée comme un modèle cellulaire de la mémoire. Notre second objectif a été d'évaluer l'impact de la modulation des états de sommeil sur une LTP, cette-fois-ci induite artificiellement (dans les mêmes conditions à la même synapse chez le rat vigile). Nous voulions ainsi comparer l'effet de la modulation du sommeil sur une potentialisation physiologique (après apprentissage) ou sur une LTP artificielle. Nous avons montré de nombreuses similitudes entre ces deux situations de potentialisation synaptique, notamment en ce qui concerne le rôle favorable du sommeil paradoxal, ce qui confirme l’intérêt de la LTP artificielle pour l’étude de la mémoire. Enfin, notre étude montre que non seulement le sommeil, mais également les oscillations de l'éveil contribuent à la mémoire et l’oubli. Nous avons analysé les oscillations locales dans le gyrus denté au cours des trois tâches comportementales déjà décrites. L'importante résolution spatiale et temporelle de cette analyse nous a permis d'identifier l'implication de certaines oscillations locales à des moments cruciaux de prise de décision dans le labyrinthe, au cours de l'encodage et du rappel d'informations stockées en MR ou en MT / Forgetting is a temporary or permanent loss of memory, often perceived as deleterious to our cognitive abilities, especially when it prevents us from accessing information we previously acquired. However, recent studies in Neurosciences suggest that forgetting could also be an adaptive phenomenon that would optimize memory function by erasing non relevant information, that could otherwise interfere with the storage or recall of new information. Therefore, adaptive forgetting would particularly be necessary for daily activities relying on short-term or working memory (WM), as information temporarily stored in WM need to be forgotten once used, so that this temporary information does not interfere in the future with the storage and recall of newer information. On the contrary, information can be stored for a lifetime in long-term or reference memory (RM) in animals. The molecular and cellular mechanisms underlying memory storage of information, but also adaptive forgetting, are still unclear. During this thesis, we used a comparative approach by training rats in three different behavioral tasks in the same radial maze: one RM task and two WM tasks involving a more or less effective adaptive forgetting process of previously stored information. We studied synaptic transmission at the synapse between the entorhinal cortex and the dentate gyrus (gating hippocampus, a key structure for memory) between two days of training in these three tasks. Our results show that memory consolidation (in RM) induces a form of long-term potentiation (LTP-like), confirming previous published work from the literature. However, we showed for the first time that adaptive forgetting in WM could trigger long-term synaptic depression. Moreover, numerous studies suggest that sleep is important for optimal memory processing, but the role of the different sleep phases in memory consolidation and in adaptive forgetting remains to be elucidated. We thus also performed polysomnographic recordings (between the two trainings days in the three behavioral tasks), in order to measure sleep state durations and sleep oscillations associated with these processes. Our results confirm the essential role of paradoxical sleep, and more specifically gamma oscillations during this state, for memory consolidation in RM. On the contrary, we also found that adaptive forgetting in WM would benefit from slow oscillations during slow wave sleep. We believe that these results contribute significantly to our understanding of neuronal mechanisms underlying memory and forgetting, especially concerning the modulation of these mechanisms by the different sleep states following training. On the one hand, we thus here showed that memory consolidation induces an LTP-like physiological phenomenon. On the other hand, the induction of an artificial form of LTP by tetanic stimulation is considered a cellular model of memory. Our second goal was to assess the modulation of an artificial LTP (at the same synapse, in the same conditions, on freely-moving rats) by sleep states. We also wanted to compare the impact of sleep states on a physiological LTP-like process (after learning) or on an artificial LTP. Our results showed many similarities between these two situations of synaptic potentiation, in particular concerning the positive role of paradoxical sleep, confirming the relevance of artificial LTP as a model to study memory processes. Finally, our study shows that not only sleep, but also oscillations during waking, could contribute to memory and forgetting. We therefore analyzed local spontaneous oscillations in the dentate gyrus while rats were performing the three behavioral tasks previously described. The high spatial and temporal resolution of this analysis allowed us to show the role of different local spontaneous oscillations at critical moments of training in the maze, in particular during decision making, and during encoding or retrieval of information stored in RM or WM

The seasonality of wild caught Cape mole-rats was investigated, focusing on endocrine, neuroendocrine and neuroanatomical parameters. The Cape mole-rat reproduces only during the winter rainfall period of the western Cape Province. Interestingly, the gonadal steroid hormones do not show any significant seasonal patterns in either males or females. In addition, the pituitary does not exhibit a reduced sensitivity to GnRH stimulation during the non-breeding season in either sex. Moreover, in the brain the distribution, number and size of GnRH perikarya do not differ with respect to season. Therefore, although only producing young during a specific period of the year, the Cape mole-rat does not appear to be physiologically repressed from reproducing throughout the year. The results of this study imply that the Cape mole-rat is an opportunistic breeder that is reproductively quiescent during the dry season as a consequence of ecological factors such as lack of favourable burrowing conditions and that when opportunities avail themselves following aseasonal rainfall, reproduction may occur. The seasonality and socially induced infertility of the Natal mole-rat was examined via endocrine, neuroendocrine and neuroanatomical investigations. In contrast with the phylogenetically closely related common mole-rat and highveld mole-rat, the Natal mole-rat does not appear to breed seasonally. Post-mortem examination of animals collected revealed pregnant reproductive females throughout the year. A similar scenario is reflected in gonadal steroid concentrations, with no major seasonal differences observed in either males or females. Likewise, pituitary sensitivity to GnRH does not change over season in males or females, and all neuroanatomical parameters investigated remained stable over season in both males and females. Natal mole-rats captured for this study occur in an area with a high annual rainfall, (almost double that of the common mole-rat habitat and one and a half times that of the highveld mole-rat) and the relatively higher rainfall and hence soil moisture content may provide the Natal mole-rat with increased foraging time a result of increased periods over which the soil is optimal for burrowing. Socially induced infertility in the Natal mole-rat appears to be enforced behaviourally as a result of active incest avoidance. The circulating testosterone concentrations were not significantly different in reproductive and non-reproductive males, and likewise oestrogen concentrations did not differ between reproductive and non-reproductive females. Progesterone concentrations were very low in subordinate females, but markedly higher in reproductive females. This is not surprising since the Natal mole-rat is an induced ovulator, thus coitus is required to induce the LH surge that stimulates ovulation. The sensitivity of the pituitary to a GnRH challenge did not differ between reproductive and non-reproductive animals from either sex. No neuroanatomical differences were observed between reproductive and non-reproductive animals of either sex, however, non-reproductive males and females had significantly higher amounts of GnRH in the median eminence, implying that GnRH is synthesized and transported to the median eminence but not released in the portal system to the anterior pituitary. These findings suggest that non-reproductive animals of both sexes are not sterile, but merely sexually quiescent. Copyright / Thesis (PhD)--University of Pretoria, 2008. / Zoology and Entomology / unrestricted

Le concept de programmation métabolique repose sur les études épidémiologiques pionnières menées par David Barker à la fin des années 1980 : une sous-nutrition maternelle durant la grossesse est un contributeur majeur au faible poids de naissance d’une part, et au développement du syndrome métabolique à l’âge adulte d’autre part. Ces dernières années, le concept de programmation métabolique a été étendu de l’état physiopathologique à l’état de santé. Le concept « Developmental Origins of Health and Disease » (DOHaD) postule que l’environnement périnatal (grossesse et allaitement) conditionne la physiologie de la descendance à long terme. Au delà d’une sous-nutrition périnatale, de nombreuses études expérimentales menées chez l’animal ont montré qu’un régime maternel hyperlipidique périnatal pouvait également entrainer des modifications métaboliques chez les descendants adultes.Au niveau central, le noyau arqué hypothalamique (ARC) est un régulateur important du métabolisme. L’environnement périnatal altère-t-il certaines régulations moléculaires dans l’ARC ? Chez les mammifères, l’expression du génome est modulée par de petits ARN d’une vingtaine de nucléotides, les microARN (miARN), inhibiteurs de la traduction des ARNm en protéines ou initiateurs de leur dégradation. Les miARN participent-ils à la régulation de l’expression génique dans l’ARC ? Un régime hyperlipidique modifie-t-il leur expression ? C’est l’hypothèse que j’ai testée au cours de ma thèse.Mon travail de thèse a consisté d’une part à caractériser physiologiquement un modèle de programmation métabolique par un régime maternel hyperlipidique chez le rat, et d’autre part à étudier les populations de miARN dans l’ARC de la descendance. Pour cela, des mères ont été nourries avec un régime équilibré ou différents régimes hyperlipidiques (HF1 et HF2) durant les périodes de gestation et lactation.Le régime maternel hyperlipidique HF1 entraine une hyperinsulinémie attestant une insulino-résistance qu’il soit donné durant la période périnatale ou à l’âge adulte. La conjonction d’un régime HF durant la période périnatale et à l’âge adulte entraine en plus une hyperglycémie.J’ai étudié la descendance de mères nourries avec le régime HF1 (mères HF) à cinq stades postnataux (P4, P8, P14, P21 et P28), un stade juvénile (P75) et un stade adulte (P216). J’ai également étudié l’éventuel effet additif d’un régime hyperlipidique donné à l’âge adulte.J’ai étudié les profils d’expression de plus de 500 miARN pour chaque ARC par la technologie de séquençage haut-débit. J’ai tout d’abord établi la cinétique d’expression des miARN de chacune de ces descendances. 10% à 20% des miARN montrent une différence d’expression supérieure à trois fois stade à stade. Ceci est vrai que les descendants soient nés de mères nourries avec le régime équilibré ou HF1. Le régime maternel HF1 montre peu d’impact sur les profils d’expressions de miARN à ces stades de développement précoces. A chaque stade, seuls 3% à 7% des miARN ont une expression statistiquement supérieure à trois fois. Ces données démontrent que les miARN présentent une expression robuste au cours du développement post-natal, c’est à dire durant la période de maturation des circuits neuronaux de l’ARC.Aucune différence n’est observée durant la période juvénile. Cependant à l’âge adulte, 8% des miARN ont une expression statistiquement supérieure à trois fois chez les descendants HF1. L’ensemble de ces résultats démontre que l’expression des miARN chez l’adulte, après une période de latence, reflète le contexte lipidique périnatal. L’expression des miARN de l’ARC, tout comme la sensibilité à l’insuline, est soumis à une programmation par le régime alimentaire maternel. / The concept of metabolic programming is based on the pioneering epidemiological studies realised by David Barker in the late 1980s : maternal undernutrition during pregnancy is a major contributor to low birth weight on one hand and the development of metabolic syndrome in adulthood on the other hand. In the last few years, the metabolic syndrom spreads to the“Developmental Origins of Health and Disease”(DOHaD) concept that postulates that the perinatal (pregnancy and lactation) environment influences the long term offspring’s physiology. Beyond the perinatal undernutrition impact, many experimental studies carried out on the animals have highlighted that a maternal perinatal high fat diet is responsible for metabolic disorders on the offspring.In the central nervous system, the arcuate nucleus (ARC) is an important regulator of metabolism. May an perinatal environment impares the molecular regulations in the ARC ? In the mammals, the genome expression is modulated by small RNAs of about twenty nucleotides, the microRNAs (miRNAs), that regulate, post-transcriptionnally, target mRNA degradation or translation. May the miARN participate to the gene expression regulation in the ARC ? May a high fat diet modify their expression ? This is the hypothesis tested in my thesis.My thesis work consisted on one hand to characterized a metabolic programming experimental model by a high fat maternal diet in the rat and on the other hand to study the miRNA populations of the ARC of the offspring. To this end, the dams were fed with a balanced or different high fat diet (HF1 and HF2) during gestation and lactation.The maternal HF1 diet lead to an hyperinsulinemia revealing the insulino-resistance when the diet is given during the perinatal periode or adulthood stages. The combination of a HF diet during the perinatal period and in adulthood leads to an hyperglycaemia.I have studied the offspring of dams fed HF1 (dams HF1) at five developmental stages (P4, P8, P14, P21 et P28), one juvenile stage (P75) and one adulthood stage (P216). I also studied the potential impact of an additionnal high fat diet given at adulthood stages.I have studied the expression pattern of over 500 miARN for each ARC by the high throughput sequencing technology. First of all, I have established the miARN expression kinetiks of each offspring. 10 percent to 20 percent of miARN have a fold-change more than 3 between stages. This is right for the offspring of HF dams or balanced dams. The maternal HF1 diet reveals few impacts on miRNA expression pattern during the early post-natal period. At each stages, only 3 percent to 7 percent of miARN have a fold-change more than 3. This results demonstating the high dynamics and robustness of miRNA populations in ARC at a time of maturation and circuitry organization of ARC neurons.No differences were observed during the juvenile period. However, in adulthood, 8% of miRNAs have a fold-change more than 3 in offspring HF1. All of these results demonstrating that the miARN expression of the adult, after a period of latence, reflects the perinatal lipidic context. The miARN expression of the ARC, as well as the insulin sensitivity, is submitted to a programming by a maternal diet.