Les récepteurs 5-HT2A de la sérotonine et mGlu2 du glutamate suscitent un grand intérêt vu la dérégulation des deux récepteurs observée dans la schizophrénie et leur statut de cibles des antipsychotiques dits atypiques et de nouvelle génération, respectivement. Même si les antipsychotiques atypiques ciblant le récepteur 5-HT2A ont montré une efficacité contre les symptômes positifs, leur effet reste très limité contre les symptômes négatifs et cognitifs, et leurs effets secondaires nombreux. Depuis les années 1990, une nouvelle classe d’antipsychotiques ciblant le système glutamatergique, en particulier le récepteur mGlu2, est en développement. Les tests cliniques n’ont montré leur efficacité que pour les patients n’ayant pas été traités auparavant par des antipsychotiques atypiques. Ceci suggère une interaction fonctionnelle forte entre les récepteurs 5-HT2A et mGlu2 dans le mode d’action de ces deux classes d’antipsychotiques. De plus, plusieurs études ont démontré l’existence d’un hétéromère des deux récepteurs dans le cortex préfrontal qui semble important pour la réponse aux hallucinogènes et aux antipsychotiques ciblant l’un ou l’autre récepteur. Ainsi, étant donné l’impact du profil de phosphorylation adopté par les récepteurs couplés aux protéines G (RCPG) sur leur fonction, j’ai caractérisé au cours de ma thèse l’impact de la co-expression du récepteur 5-HT2A sur le profil de phosphorylation du récepteur mGlu2 en réponse à différentes stimulations. Parmi les 5 sites de phosphorylation identifiés, la phosphorylation de la Ser843 est potentialisée en réponse à la stimulation par un agoniste du récepteur mGlu2 uniquement lorsque le récepteur 5-HT2A est co-exprimé. Ces résultats ont été validés grâce à la génération d’un nouvel anticorps dirigé spécifiquement contre la forme phosphorylée de la Ser843 sur culture cellulaire HEK-293 et in vivo dans le cortex préfrontal de souris, région où les deux récepteurs sont co-exprimés. Des études fonctionnelles ont démontré que la phosphorylation de la Ser843 est nécessaire à la potentialisation de l’activité Gi/o du récepteur mGlu2 en réponse à ses agonistes et constitue un cross-talk fonctionnel entre les deux récepteurs puisque les agonistes du récepteur 5-HT2A stimulent également la phosphorylation de la Ser843 du récepteur mGlu2. Ainsi, mes résultats de thèse ont permis d’identifier la phosphorylation du récepteur mGlu2 sur la Ser843 comme un événement moléculaire clé du cross-talk fonctionnel avec le récepteur 5-HT2A et apporte un élément important dans la compréhension du mode d’action des antipsychotiques atypiques et de nouvelle génération. / The serotonin 5-HT2A and glutamate mGlu2 receptors keep on attracting particular attention given their implication in psychosis associated with schizophrenia and in the mechanism of action of atypical antipsychotics and of a new class of antipsychotics, respectively. Though atypical antipsychotics, targeting 5-HT2A receptor, are efficient against positive symptoms, these drugs do not act against negative, cognitive symptoms and display many side effects. Since the 90’s, new classes of antipsychotics triggering glutamatergic system, in particular mGlu2 receptor, have been developed. Their clinical trials have shown efficacy only in patients who have not been previously treated with atypical antipsychotics. This suggests a strong interaction between 5-HT2A and mGlu2 receptors in the mechanism of action of both classes of antipsychotics. Moreover, a large body of evidence indicates the presence, in prefontal cortex, of 5-HT2A/mGlu2 heteromer that is important for the response to hallucinogens and antipsychotics targeting one receptor or the other. Thus, in view of the importance of the phosphorylation profile adopted by G-protein coupled receptor (GPCR) on their activity, I characterized the impact of 5-HT2A receptor co-expression on the phosphorylation profile of mGlu2 receptor in response to various stimulations. Among the five identified phosphorylated residues, the phosphorylation of Ser843 increases upon mGlu2 receptor stimulation only when the 5-HT2A receptor is co-expressed. A new antibody against the phosphorylated form of Ser843 confirmed these results in HEK-293 cells and in mouse prefrontal cortex, area where both receptors are co-expressed. Functional studies demonstrated that Ser843 phosphorylation is necessary to enhance Gi/o signaling of mGlu2 receptor and constitutes a functional crosstalk between 5-HT2A and mGlu2 receptor since 5-HT2A receptor agonists also stimulate Ser843 phosphorylation. Collectively, my thesis findings identify mGlu2 receptor phosphorylation at Ser843 as a key molecular event of the functional crosstalk with 5-HT2A receptor that might be critical to understand the mechanism of action of atypical and potential future antipsychotics treatments.

Submitted by Fabio Sobreira Campos da Costa (fabio.sobreira@ufpe.br) on 2016-10-20T12:15:15Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Thèse-Paula Honório de Melo Martimiano - para imprimir.pdf: 2048933 bytes, checksum: 7f54e2714049362a7394297a27060229 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-10-20T12:15:15Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Thèse-Paula Honório de Melo Martimiano - para imprimir.pdf: 2048933 bytes, checksum: 7f54e2714049362a7394297a27060229 (MD5) Previous issue date: 2016-03-26 / CAPES / COFECUB / La dénutrition périnatale prédispose le nouveau-né au développement des maladies métaboliques et des déficits cognitifs. Cependant, il existe très peu d'informations sur la relation cause-effet entre le manque d’un, ou de plusieurs nutriments, pendant les étapes critiques du développent et la susceptibilité pathologique à l’âge adulte. L’objectif de cette thèse a été d’étudier l’impact à court terme et à long terme de la dénutrition périnatale sur le métabolisme du tryptophane (Trp) cérébral. Le Trp est un acide aminé essentiel qui est métabolisé en sérotonine (5-HT) et, via la voie de la kynurénine (KYN), en de nombreux autres composés neuro-actifs dont l’acide kynurénique (KA) et l’acide xanthurénique (Xa). L'analyse quantitative par spectrométrie de masse des voies métaboliques du Trp, a montré que la restriction en apports protéiques chez la mère entraine une diminution importante de la concentration de Trp, de 5-HT et des métabolites du Trp issus de la KYN dans les cerveaux des embryons. En revanche, les rats adultes nés et allaités par des mères dénutries, présentent une augmentation de la concentration cérébrale de Trp, de 5-HT, de KYN et de Xa. Il n’y avait pas de modification des métabolites du Trp chez les animaux de deuxième génération. Ces résultats montrent que la dénutrition périnatale provoque des altérations à court terme et à long terme dans le métabolisme cérébral du Trp, mais qu’elles ne sont pas transmises à la deuxième génération. / A desnutrição perinatal predispõe o recém-nascido ao desenvolvimento de doenças metabólicas e défices cognitivos que podem ser transmitidas para a segunda geração. No entanto, há muito pouca informação sobre a relação causa-efeito entre a falta de um ou mais nutrientes durante estágios críticos de desenvolvimento e susceptibilidade à doença em curto e longo prazo. O objetivo dessa tese foi estudar o impacto a curto e longo prazo da desnutrição perinatal sobre o metabolismo do triptofano (Trp) cerebral. O Trp é um aminoácido essencial que é metabolizado em serotonina (5-HT) e através da via da quinurenina (KYN) em muitos outros compostos neuroativos como o ácido quinurênico (KA) e o ácido xanturênico (Xa). A análise quantitativa por espectrometria de massa das vias metabólicas de Trp mostrou que a restrição da ingestão de proteína na mãe resulta numa diminuição significativa na concentração de Trp, 5-HT e metabólitos da KYN em cérebros de embriões. Em contraste, ratos adultos nascidos e alimentados por mães desnutridas, exibem um aumento na concentração cerebral de Trp, 5-HT, KYN e Xa. Não houve modificação nos metabólitos do Trp nos animais de segunda geração. Estes resultados mostram que a desnutrição perinatal provoca alterações em curto e longo prazo no metabolismo cerebral do Trp, porém que não são transmitidas para a segunda geração.

La mise en place des circuits neuronaux est un processus complexe et précisément régulé. Une atteinte de ce processus est à l'origine de diverses pathologies neurodéveloppementales telles que la schizophrénie ou les troubles du spectre autistique, désordres psychiatriques partageant une altération des fonctions cognitives. Le récepteur 6 de la sérotonine (récepteur 5-HT6), notamment connu pour son implication dans la migration neuronale, s'est révélé être une cible thérapeutique de choix dans le traitement des symptômes cognitifs associés à la schizophrénie mais aussi à des pathologies neurodégénératives comme la maladie d'Alzheimer. Cependant la signalisation déclenchée par le récepteur 5-HT6 n'explique pas entièrement son implication dans les processus neurodéveloppementaux. Mon travail de thèse a donc visé à comprendre les mécanismes de signalisation engagés par le récepteur 5-HT6 au cours du développement neuronal. La réalisation d'un crible protéomique a permis de montrer que le récepteur 5-HT6 interagissait avec plusieurs protéines cruciales dans le développement neuronal comme la protéine Cdk5 et sa cible WAVE-1. J'ai ensuite pu démontrer qu'en plus de son rôle dans la migration, le récepteur 5-HT6 contrôlait de façon agoniste-indépendante l'élongation des neurites par un mécanisme impliquant la phosphorylation de son domaine C-terminal par la kinase Cdk5 et l'activation de la RhoGTPase Cdc42. La seconde partie de mon travail a visé à mettre en évidence le rôle du récepteur 5-HT6 dans la formation des épines dendritiques et à comprendre l'implication de la protéine WAVE-1, cible de Cdk5, dans ce processus. Les résultats obtenus au cours de ma thèse apportent de nouveaux éléments quant au contrôle des processus neurodéveloppementaux par le récepteur 5-HT6. Ce récepteur apparaît donc comme une cible thérapeutique de choix dans les atteintes neurodéveloppementales en contribuant au développement des circuits cognitifs en relation avec la physiopathologie des troubles du spectre autistique ou de la schizophrénie. / Brain circuitry patterning is a complex, highly regulated process. Alteration of this process is affected gives rise to various neurodevelopmental disorders such as schizophrenia or Autism Spectrum Disorders (ASD), which are both characterized by a wide spectrum of deficits. Serotonin 6 receptor (5-HT6 receptor), which is known for its implication in neuronal migration process, has been identified as a key therapeutic target for the treatment of cognitive deficits observed in schizophrenia, but also in neurodegenerative pathologies such as Alzheimer's disease. However, the signalling mechanisms knowned to be activated by the 5-HT6 receptor do not explain its involvement in neurodevelopmental processes. My thesis project therefore aimed at characterizing the signalling pathways engaged by 5-HT6 receptor during neural development. A proteomic approach allowed me to show that the 5-HT6 receptor was interacting with several proteins playing crucial roles in neurodevelopmental processes such as Cdk5 or WAVE-1. I then demonstrated that, besides its role in neuronal migration, the 5-HT6 receptor was also involved in neurite growth through constitutive phosphorylation of 5-HT6 receptor at Ser350 by associated Cdk5, a process leading to an increase in Cdc42 activity. The second part of my work aimed at understanding the role of 5-HT6 receptor in dendritic spines morphogenesis, and the involvement of WAVE-1 and Cdk5 in this process. These results provide new insights into the control of neurodevelopemental processes by 5-HT6 receptor. Thus, 5-HT6 receptor appears to be a key therapeutic target for neurodevelopmental disorders by contributing to the development of cognitive circuitry related to the pathophysiology of ASD or schizophrenia.

Introduction : Plusieurs aspects de l’activité sérotonergique, à la fois d’origine centrale et périphérique, subissent des changements notables au cours du vieillissement normal. Ces altérations pourraient prédisposer l’individu âgé à développer des symptômes dépressifs et contribuer à diminuer la qualité du sommeil. La présente étude a été effectuée afin d’examiner si l’effort prolongé modifie la disponibilité du tryptophane (Trp) plasmatique au cerveau et influence la profondeur du sommeil chez l’homme âgé en santé. Méthodes: Dix-neuf hommes (64 ± 3 ans) se sont portés volontaires pour effectuer les 4 tests suivants: [1] absorption bi-photonique à rayons X ou DXA (composition corporelle), [2] consommation d’O[indice inférieur 2] 'peak' et seuils ventilatoires (épreuve cardiorespiratoire maximale), [3] prélèvements sanguins avant, durant et après 60 min d’exercice modéré (glucose, lactate, ammoniac, acides gras libres (FFA), protéines totales, albumine, prolactine, valine, leucine, isoleucine, adiponectine, leptine, Trp-libre et -total; variable calculée : acides aminés ramifiés [(BCAA) = valine + leucine + isoleucine] et [4] électrophysiologie du sommeil (éveil, stade-1, stade-2, stades 3+4 ou sommeil lent profond (SLP), stade 5 ou mouvements oculaires rapides, temps de mouvement, mouvements des jambes durant le sommeil, apnées, hypopnées, et variables dérivées). Cette séquence de 4 tests a été répétée après le programme d’entraînement en endurance. L’entraînement de 16 sem consécutives était supervisé et effectué sur tapis roulant incliné (3x sem[indice supérieur -1], 45 min à ~65-70% V[indice inférieur O2]peak); alors que le test d’effort prolongé a été effectué sur tapis roulant à une intensité modérée (1 h à ~68-69% V[indice inférieur O2peak) où des échantillons sanguins ont été prélevés avant, durant et après l’exercice. Les variations de la prolactinémie et du ratio Trp-libre/BCAA ont servi de proxy de l’activité sérotonergique et du taux de synThèse centrale de la sérotonine, respectivement. Une série de 3 nuits consécutives a été examinée par électrophysiologie du sommeil en laboratoire [polysomnographie (PSG) : électroencéphalographie et électromyographie et électro-oculographie] et l’Index de Qualité du Sommeil de Pittsburgh comme suit : 1) Familiarisation, 2) Essai Inactif, et 3) Essai Exercice; cette série de 3 essais a été répétée après l’intervention de 16 sem. Résultats: Le programme d’entraînement a augmenté la V[indice inférieur O2] au seuil ventilatoire ainsi qu’au seuil de compensation respiratoire, en plus de réduire significativement le poids corporel. D’autre part, l’effort prolongé de 60 min (pré-entraînement) a augmenté de plus de 100% le ratio Trp-libre/BCAA et est demeuré élevé 30 min après l’effort. Ce ratio a montré une association positive significative avec la concentration de FFA circulante. La concentration de prolactine sérique était significativement plus élevée après 1 h d’effort par rapport aux valeurs de repos et était corrélée au ratio Trp-libre/BCAA. Toutefois, la répétition de la session de 1 h d’exercice après 16 sem d’entraînement a révélé une atténuation de la réponse physiologique pour plusieurs variables: ratio Trp-libre/BCAA, prolactine, lactate, ammoniac et acides gras libres. D’autre part, les analyses ont révélé des effets principaux de l’exercice aigu sur l’éveil après endormissement, la latence d’apparition du sommeil et temps d’éveil total nocturne. Par rapport à la ligne de base (Inactif-Non-Entraîné), une proportion significativement plus élevée de SLP a été observée lors de l’essai Exercice-Entraîné, alors qu’il n’y avait pas de différence entre l’essai Inactif-Non-Entraîné vs. Inactif- Entraîné. L’évaluation auto-rapportée du sommeil (30 j) a été insensible à l’effet de l’entraînement en endurance sur le SLP et les autres variables du sommeil. Finalement, une corrélation positive a été trouvée entre la concentration sérique de l’hormone adiponectine et le SLP avant et après 16 semaines d’entraînement en endurance. Conclusion: Ces résultats s’alignent à ceux obtenus lors d’études transversales effectuées chez l’aîné; les résultats montrent que la disponibilité du Trp au cerveau est augmentée durant l’effort sous-maximal prolongé chez l’homme âgé. Les résultats supportent l’hypoThèse qu’une élévation de la synThèse et de l’activité sérotonergique pourrait être impliquée dans la réponse antidépressive de l’exercice d’endurance chez l’homme âgé. Étant donné que l’approvisionnement du cerveau en Trp circulant durant l’exercice a été abaissé après l’entraînement en endurance, les besoins du cerveau en Trp durant l’effort d’endurance pourraient être atténués suite à une diminution d’activité des projections sérotonergiques au niveau central durant l’exercice. De plus, l’exercice a augmenté le SLP durant la nuit de sommeil subséquente, bien que celle-ci n’ait été observée seulement qu’après l’entraînement, renforçant les observations transversales effectuées chez l'aîné. Malgré les gains à la fonction cardiorespiratoire après l’entraînement, un jour inactif a mené à des valeurs de SWS similaires comparativement à celles de la ligne de base. Une association positive a été trouvée, apparemment pour la première fois, entre la profondeur du sommeil et les niveaux circulants d’adiponectine. Cette association a valu à la fois avant et après le programme d’entraînement. Ces résultats fournissent des preuves que non seulement la quantité (durée) du sommeil, mais aussi la qualité (SLP) pourrait influencer les niveaux sanguins d’adiponectine.

Il y a quatre ans, lorsque j’ai commencé ma thèse en Neuropharmacologie, le rôle fonctionnel du récepteur serotoninergique2B (5-HT2B) central n’était guère connu. En effet, compte tenu de la mise en évidence de son expression dans le cerveau relativement récente par rapport aux autres récepteurs à la 5-HT, peu d’études avaient porté sur son impact au sein du système nerveux central. En particulier, il était établi que les récepteurs 5-HT2B, sans effet au niveau de la voie dopaminergique (DA) nigrostriée, sont capables d’exercer un contrôle tonique excitateur sur l’activité de la voie DA méso accumbale. Sur la base de cette régulation différentielle des voies DA sous-corticales, il avait été proposé que les antagonistes du récepteur 5-HT2B pourraient constituer des outils pharmacologiques pertinents pour le traitement des pathologies liées à unedysfonction du système DA et requérant une modulation indépendante des voies DA ascendantes, telles que la schizophrénie. Cependant, l’effet du blocage des récepteurs 5-HT2B au niveau de la voie DA mésocorticale, laquelle joue un rôle pivot dans le bénéfice thérapeutique des antipsychotiques (APs) atypiques,n’avait jamais été exploré. De plus, l’analyse de la littérature avait révélé que le blocage du récepteur 5-HT2B réduit les réponses neurochimiques et comportementales induites par l’amphétamine et la 3,4-méthylènedioxyméthamphétamine, suggérant que ce récepteur pourrait également représenter une cible pharmacologique intéressante pour le traitement de l’addiction. Néanmoins, la possible implication de ce récepteur dans les effets de la cocaïne, l’une des drogues les plus consommées au monde, restait alors inconnue.Ainsi, l’objectif de cette thèse était d’étudier l’influence exercée par le récepteur5-HT2B sur l’activité DA basale et activée par la cocaïne, afin de mieux évaluer le potentiel thérapeutique de ce récepteur dans le traitement de la schizophrénie et de l’addiction. A cette fin, nous avons étudié les effets de deux antagonistes puissants et sélectifs du récepteur 5-HT2B (RS 127445 et LY 266097) sur l’activité DA, en utilisant des approches biochimiques, électrophysiologiques et comportementales chez le rat.Un premier groupe d’expériences a mis en évidence l’existence d’un contrôle tonique inhibiteur exercé par le récepteur 5-HT2B sur la libération de DA dans le cortex préfrontal médian (CPFm). Ce résultat, démontrant que les récepteurs 5-HT2B régulent de manière différentielle les trois voies DA ascendantes, indique que les antagonistes du récepteur 5-HT2B présentent un profil d’action idéale pour restaurer une fonction DA normale chez les patients schizophrènes. En accord avec cette proposition, les antagonistes 5-HT2B se révèlent efficaces dans plusieurs modèles classiquement utilisés pour prédire l’efficacité des APs, alors qu’ils n’ont pas d’effet dans une tâche comportementale prédisant la tendance des APs à induire des effets secondaires moteurs. Un second groupe d’expériences visant à étudier les mécanismes sous-tendant le contrôle différentiel exercé par le récepteur 5-HT2B sur l’activité DA montre que les effets opposés induits par les antagonistes 5-HT2B sur la libération de DA dans le CPFm et le noyau accumbens (NAc) résultent d’une interaction fonctionnelle avec les récepteurs 5-HT1A exprimés dans le CPFm. Enfin, nous avons également démontré que le blocage du récepteur 5-HT2B supprime l’hyperlocomotion provoquée par la cocaïne. Cet effet, qui se produit indépendamment de la libération de DA dans le NAc et le striatum, où l’activité DA est étroitement liée aux effets comportementaux induits par la cocaïne,implique une interaction post-synaptique dans les régions DA sous-corticales. En conclusion, le travail accompli au cours des quatre années passées apporte des informations substantielles quant au rôle fonctionnel du récepteur 5-HT2Bdans la régulation des voies DA ascendantes. / Four years ago, at the beginning of my thesis in Neuropharmacology, the functional role of the central serotonin2B receptor (5-HT2BR) remained poorly investigated. Indeed, in light of the relatively recent discovery of its presence in the mammalian brain, as compared to other 5-HT receptors, only few studies had explored its impact within the central nervous system. Interestingly, it had been shown that 5-HT2BRs, while having no effect at the level of the nigrostriatal dopaminergic (DA) pathway, afford a tonic excitatory control on the activity of the mesoaccumbal DA tract. This differential influence on subcortical DA brain regions had led to the proposal that 5-HT2BR antagonists may be a useful tool for improved treatment of DA-related disorders requiring an independent modulation of the activity of ascending DA pathways, such ass chizophrenia. However, the effect of 5-HT2BR blockade at the level of themesocortical DA pathway, which plays a pivotal role in the the rapeutic benefit of atypical antipsychotic drugs (APDs), had never been studied. In addition,analysis of the literature revealed that 5-HT2BR blockade suppresses amphetamine and 3,4-methylenedioxymethamphetamine-induced neurochemical and behavioral responses, suggesting that this receptor may also be a relevant pharmacological target for treating drug addiction. Nevertheless,its possible implication in the effects induced by cocaine, one of the most worldwide abused drugs, remained unknown.Thus, the aim of the present thesis was to study the regulatory control exerted by the 5-HT2BR on both basal and cocaine-induced stimulation of DA activity,in order to evaluate its therapeutic relevance for improved treatment of schizophrenia and drug abuse and dependence. To this purpose, we assessed the effects of potent and selective 5-HT2BR antagonists (RS 127445 and LY266097) on DA activity, by using biochemical, electrophysiological and behavioral approaches in rats.In a first group of experiments, we found that 5-HT2BRs exert a tonic inhibitory control on DA outflow in the medial prefrontal cortex (mPFC). This finding, by showing that 5-HT2BRs afford differential controls over the three ascending DA pathways, indicates that 5-HT2BR antagonists display an ideal pattern of effects to restore normal DA function in schizophrenia. Accordingly, 5-HT2BRantagonists were efficient in several behavioral models aimed at predicting APD efficacy, and had no effect in a behavioral task reflecting APD propensity to induce motor side effects. In a second group of experiments performed to determine the mechanisms under lying the differential control exerted by 5-HT2BRs on DA activity, we demonstrated that 5-HT2BR antagonist-induced opposite effects on DA ouflow in the mPFC and the nucleus accumbens (NAc)involve a functional interplay with 5-HT1ARs expressed in the mPFC. Finally,we found that 5-HT2BR blockade suppresses cocaine-induced hyperlocomotion.This effect, which occurs independently from changes of DA outflow in theNAc and the striatum, where DA activity is tightly related to cocaine-induced behavioral responses, likely involves a post-synaptic interaction in subcorticalDA brain regions.To conclude, the work accomplished over the past four years provides substantial information with regards to the functional role of 5-HT2BRs in the regulation of the activity of ascending DA pathways. In addition, while improving the understanding of the interaction between DA and 5-HT systems,the present findings altogether highlight the therapeutic potential of 5-HT2BRantagonists for treating schizophrenia and cocaine addiction.

Le cerveau et la moelle épinière adultes sont câblés pour traiter l’information sensorielle et la transformer en patrons d’activité cohérents qui forment la base de la perception du monde extérieur et de la motricité. Ces connexions très précises, loin d’être complètement établies à la naissance, sont affinées par l’activité électrique. Des activités spontanées (AS) peuvent être générées en l’absence de stimulation extrinsèque au système considéré. Au niveau de la moelle épinière, les AS sont responsables des mouvements spontanés et des tremblements myocloniques observés chez tous les mammifères immatures y compris chez l’humain. Elles constituent en quelque sorte les premiers pas du réseau locomoteur, ce qui signifie d’une part, qu’elles apparaissent avant l’émergence d’une activité de type locomotrice, et d’autre part, qu’elles participent à la mise en place et au raffinement d’un réseau moteur fonctionnel. La locomotion est générée par des réseaux de neurones localisés au niveau de la moelle épinière lombaire. Ces neurones constituent le générateur de rythme locomoteur (ou CPG, pour « central pattern generator »). Contrairement aux AS, l’activité locomotrice est déclenchée par une stimulation du réseau. Le patron locomoteur de décharges rythmiques est alterné de chaque côté de la moelle spinale, et entre les racines lombaires qui innervent des muscles extenseurs et fléchisseurs. / The mature brain and spinal cord are precisely wired to process sensory information into coherent patterns of activity that form the basis of our perception and motor behaviors. This precise wiring is not fully developed at birth. The pattern of connections that emerges during prenatal development only roughly approximates the final wiring. This initially coarse pattern of connections is subsequently refined by activity-dependent mechanisms that match precisely the presynaptic neurons to their appropriate target cells. In spinal cord, spontaneous activity (SA) is responsible for spontaneous limb movements and myoclonic twitching observed in all immature mammals, including human babies. SA can be seen as the first steps of the locomotor network since its participates in the development of the locomotor system.Locomotion is produced by neural networks located in the spinal cord (Central Pattern Generators (CPGs). Activation of CPGs, evokes a fictive locomotor pattern consisting of alternation between the motor bursts on the left and right sides of the spinal cord, as well as alternation between flexor and extensor bursts on the same side. Operation of neural networks depends on the balance between excitation and inhibition. At early stages of development, neuronal assemblies are hyperexcitable mainly because of GABA and glycine, the major inhibitory neurotransmitters in adults,that are depolarizing. GABA and glycine action depends on the intracellular concentration of chloride ([Cl-]i) which is finely regulated by specific cation-chloride co-transporters, called KCC2 and NKCC1.

Les bourgeons gustatifs, les organes sensoriels du goût, sont localisés dans la cavité oropharyngéenne et ils sont conservés chez les vertébrés à mâchoire. Selon leur localisation, ils ont une origine épithéliale différente (rostralement, ectodermique et caudalement endodermique). Ils sont composés de trois types cellulaires distincts qui détectent les différentes qualités gustatives. Bien que l'induction et la différenciation cellulaire de ces organes sont bien étudiées, les mécanismes de la formation des organes intactes et fonctionnelles à partir de ces cellules restent inconnus.L'objectif de ce travail est de comprendre comment les cellules épithéliales se comportent in vivo afin de former des organes sensoriels gustatifs fonctionnels chez le poisson zèbre. En premier, une nouvelle lignée transgénique tg(fgf8a.enhancer:GFP) (gfp+) a été caractérisée. Elle est exprimée dans tous les types cellulaires du bourgeon au cours du développement. En deuxième, la vidéomicroscopie in vivo montre que les cellules gfp+ peuvent se différencier à des cellules sérotoninergiques (tph1b/5-HT) et elle se regroupent autour de ces dernières. En troisième, de façon surprenant, les cellules gfp+ sont motiles et elles peuvent se déplacer d'un bourgeon à l'autre. Enfin, l'ablation au laser multi-photon et l'analyse du mutant ascl1a-/- montrent que la cellule 5-HT est nécessaire au maintien des cellules gfp+ dans le bourgeon. Ce travail démontre pour la première fois que la formation des bourgeons gustatifs est un processus dynamique et que les cellules de cet organe sensoriel sont motiles. / Taste buds are the sensory organs of taste, located within the oropharyngeal cavity and conserved in jawed vertebrates. They derive from two epithelia, ectodermal rostrally and endodermal caudally, without showing any major physiological differences. They are multicellular organs, composed of three distinct cell types that detect different taste stimuli. Several signaling pathways, including Wnt/b-catenin, Shh, Bmp, Notch and Fgf are required in the induction and differentiation of taste bud cells. The current work aims at understanding how oropharyngeal epithelial cells that differentiate to taste bud cell types, do behave in vivo to form functional sensory organs. The zebrafish larva is used as model because of its genetics, optical clarity and accessibility of the oropharynx. Firstly, a new transgenic line tg(fgf8a.enhancer:GFP) is characterized with respect to taste bud development. It is expressed in epithelial and all differentiating taste bud cell types. Second, spinning disk timelapse shows that gfp+ cells form groups, one of them differentiates to the 5-HT cell and altogether correspond to a developing taste bud organ. Third, surprisingly, developing taste bud cells are motile between neighbouring taste bud organs. Finally, focal two-photon laser ablation of the 5-HT cell and analysis of ascl1a-/- that is devoid of 5-HT cells show that the 5-HT cell is required for the maintenance of gfp+ cells into the developing taste bud. This is the first evidence that taste bud formation is dynamic, developing cells are motile between taste buds and require one taste bud cell type (5-HT) for their maintenance into the organ.

La sérotonine a été impliquée dans le processus développemental de raffinement périnatal des connections synaptiques. D’autre rôle important est joue par des cellules immunitaires du cerveau, la microglie.Pendant ma thèse j’ai teste l’hypothèse qu’une interaction entre la microglie et la sérotonine est nécessaire pour l’établissement des circuits neuronaux correct dans le cerveau de la souris.Les résultats récents du laboratoire ont montré que la microglie exprime un des récepteurs à la sérotonine: le 5-HT2B. En utilisant comme model la ségrégation des axons retiennes dans le thalamus j’ai observé que la souris invalide pour ce récepteur présente des altérations anatomiques dans les régions des projections rétiniennes du thalamus.En parallèle, j’ai testé l’effet de la sérotonine sur la microglie. La libération locale de la sérotonine sur les coupes aigue du cerveau a un effet chemoattractant sur la microglie (2-photon microscopie).En plus, les analyses d'expression d’ARN de microglie dans une culture cellulaire primaire ont montres une augmentation de certains marqueurs d'activation dans la souris invalidée pour le récepteur 5-HT2B.Afin de tester quelle(s) cellule(s) sont responsable(s) pour les altérations observées dans le thalamus j’ai teste un nombre de souris avec une invalidation conditionnelle du récepteur 5-HT2B. Les résultats que j’ai obtenus pendant mon doctorat support l’hypothèse que la sérotonine interagit avec la microglie et que cette interaction pouvait être importante dans la maturation du cerveau. / Serotonin, besides its functions as a neurotransmitter, actively participates in postnatal establishment and refinement of brain wiring in mammals. Another important role is played by the brain resident macrophages, microglia, in developmentally-regulated neuronal death as well as in synaptic maturation or elimination.During my thesis, I tested the hypothesis of cross-regulations between microglia and serotonin during postnatal brain development in a mouse model. The laboratory data show a major expression of the serotonin 5-HT2B receptor by postnatal microglia, suggesting that serotonin could participate in temporal and spatial synchronization of microglial functions. Using an in vivo model of synaptic refinement during early brain development, the maturation of retinal projections to the thalamus, I observed that Htr2B-/- mice present anatomical alterations of the projecting area of retinal axons into the thalamus.Parallelly, I tested the effects of serotonin on microglial cells. A local delivery of serotonin attracted microglial processes on acute brain slices (two-photon microscopy).Moreover, after comparing mRNA expression level in microglial primary cultures, we have found that some activation markers are upregulated in microglia from Htr2B-/-.In the second part of my PhD, by using a number of conditional Htr2B-/- mice, I investigated which cell type(s) could be responsible for the altered segregation of retinal axons in the thalamus of the total Htr2B-/- mice.Overall, my results support the hypothesis that serotonin interacts with microglial cells and that these interactions could participate in brain maturation.

Appartenant à la sous-famille des récepteurs couplés aux protéines G (RCPGs) apparentés àla rhodopsine et identifiés comme des cibles à fort potentiel thérapeutique, les récepteurs MT, et MT2à la mélatonine, 5-HT2C à la sérotonine et CB2 aux cannabinoïdes ont été étudiés par des approches insilico afin de mettre en évidence les déterminants structuraux critiques pour l'affinité, la sélectivité etl'activité pharmacologique de leurs ligands. Bénéficiant de données cristallographiques récentes,plusieurs états conformationnels de ces quatre récepteurs ont été modélisés en fonction du profilpharmacologique recherché. L'étude comparative de ces différents états conformationnels par dessimulations de dynamique moléculaire a permis de caractériser le rôle prépondérant joué par la boucleextracellulaire E2 et l'hélice 6 dans les mécanismes d'activation de ces RCPGs. Sur la base deméthodes chémoinformatiques, le criblage virtuel de ligands ciblant ces modèles tridimensionnels apermis de caractériser un modèle du récepteur 5-HT2C très spécifique de ligands agonistes inverses etd'identifier des touches pharmacologiques sur les récepteurs MTi et CB2. / Identified as highly relevant therapeutical targets, the MT, and MT2 melatonin receptors, the5-HT2C serotonin and the CB2 cannabinoid receptors, which belong to the rhodopsin-like G proteincoupledreceptors (GPCRs) subfamily, have been studied by in silico approaches in order to identifycritical structural features for the binding, the selectivity and the pharmacological activity of theirligands. Gaining by sottie recent crystallographic data, various conformational states of these fourreceptors have been modeled according to the expected pharmacological profile. The comparativestudy of these various conformational states by molecular dynamics simulations has led to emphasizethe crucial rôle of the E2 extracellular loop and hélix 6 in the activation mechanisms of these GPCRs.On the basis of chemoinformatic methods, the virtual ligand screening targeting these threedimensionalmodels has promoted the characterization of a 5-HT2C receptor model able to bindspecifically inverse agonist ligands and the identification of pharmacological hits targeting the MTiand CB2 receptors.

Bien que l’effet psychotrope des antidépresseurs soit bien connu, afin de corriger les conséquences du stress et de renforcer la confiance en soi, de nombreux autres effets pharmacologiques, notamment périphériques, doivent encore être approfondis. Les antidépresseurs inhibiteurs de la recapture de la sérotonine (ISRS) peuvent avoir un effet bénéfique sur la performance physique en participant à une réparation et à une croissance plus rapides des muscles. Il a récemment été démontré que la sérotonine était impliquée dans la récupération de la force musculaire chez un modèle murin de myopathie de Duchenne (Gurel et al., 2015). Les antidépresseurs tels que les inhibiteurs sélectifs de la recapture de la sérotonine (ISRS) sont largement utilisés pour traiter divers troubles de la santé mentale, tels que la dépression modérée à sévère et l’anxiété. Les deux symptômes contribuent à l’insomnie, à la perte d’appétit, au manque de motivation et à une fatigue physique accrue. Ces symptômes peuvent nuire aux performances physiques des athlètes, en particulier de ceux qui développent des habiletés et des techniques spécifiques à un sport, reçoivent des volumes d’entraînement plus importants à différentes intensités et participent à des compétitions plus fréquentes. Par conséquent, les athlètes peuvent utiliser des médicaments qui renforcent la motivation et / ou améliorent la condition physique générale en réduisant les symptômes dépressifs. L'utilisation d'antidépresseurs n'est pas encore interdite dans les sports d'élite. Des rapports récents sur le dopage associé aux ISRS montrent une tendance croissante de son utilisation chez les athlètes en bonne santé. La consommation d'antidépresseurs chez les athlètes a augmenté dans différents sports au cours de la dernière décennie, notamment les sports d'endurance.. Notre projet doit donc permettre de caractériser les conséquences d'un traitement chronique par ISRS sur les performances physiques chez la souris et de mettre en évidence le ou les mécanismes impliqués, en particulier la variation du shunt métabolique sérotonine / kynurénine, ainsi que les modifications de biomarqueurs, variations potentiellement utilisables chez l'homme dans la lutte contre le dopage.Nous aimerions élucider notre travail de recherche dans les articles suivants:Article 1: Nous avons étudié les effets de l'exercice et de la fluoxétine seuls ou en association avec un traitement prolongé à la fluoxétine (18 mg / kg / jour) et un exercice physique d'endurance (six semaines) chez la souris mâle BalbC / j, sur tapis roulant. Nous avons ensuite évalué l'activité neurocomportementale, les marqueurs musculaires du stress oxydatif et les modifications du métabolisme du tryptophane dans les tissus plasmatiques, musculaires et cérébraux des souris BalbC / J. En général, nous nous sommes concentrés sur la vitesse aérobie la plus élevée, le temps d’endurance jusqu’à l’épuisement, la force musculaire des membres antérieurs en saisissant un mesureur de force, des tests neurocomportementaux tels que le test en champ ouvert et élevé et le labyrinthe, l’activité enzymatique mitochondriale (activité du citrate synthase et du cytochrome C oxydase) dans le muscle gastrocnémien. , marqueur de stress oxydant tel que le test DHE (Dihydroéthidium) et DCF-DA (Dichlorofluorscine diacétate).Article 2: Nous avons étudié les effets de l’exercice et de la fluoxétine seule ou les effets combinés d’un traitement prolongé à la fluoxétine (18 mg / kg / jour) et d’un exercice d’endurance physique (six semaines) chez la souris mâle BalbC / j, sur tapis roulant. / As much as the psychotropic effect of antidepressants is well known, correcting the consequences of stress and boosting self-confidence, so many other pharmacological effects, peripheral in particular, remain to be deepened. Serotonin reuptake inhibitor antidepressants (SSRIs) may have a beneficial effect on physical performance by participating in faster muscle repair and growth. It has recently been shown that serotonin was involved in the recovery of muscle strength in a mouse model of Duchenne myopathy (Gurel et al., 2015).Antidepressants such as selective serotonin reuptake inhibitors (SSRIs) are widely used to treat various mental health disorders, such as moderate-to-severe depression and anxiety. Both symptoms contribute to insomnia, loss of appetite, lack of motivation and increased physical fatigue. These symptoms can impair physical performances for athletes, more specifically for those who develop sport-specific skills and techniques, receive higher training volumes at various intensities, and participate in more frequent competitions. Therefore athletes may use drugs that enhance motivation and/or improve overall fitness by reducing depressive symptoms. The use of antidepressants is not yet forbidden in elite sports. Recent reports on doping associated with SSRIs show an increasing trend of its usage among healthy athletes. The antidepressants intake among athletes has increased in different sports over the last decade, especially endurance sports. The antidepressants Bupropion and Amineptine were removed from the list of banned substances.Our project must therefore make it possible to characterize the consequences of chronic treatment with SSRIs on the physical performance in mice and to highlight the mechanism (s) involved, in particular the variation of the serotonin / kynurenine metabolic shunt, as well as the modifications of biomarkers, potentially usable variations in humans in the fight against doping.We would like to elucidate our research work in the following articles:Article 1: We studied the effects of exercise and fluoxetine alone or in combination of long-term fluoxetine treatment (18mg/kg/day) and endurance physical exercise (six weeks) in male balbC/j mice, on animal treadmill. Subsequently we evaluated neurobehavioral activity, muscle markers of oxidative stress, and changes in tryptophan metabolism in plasma, muscle and brain tissues in the BalbC/J mice. Generally we focused on the highest aerobic velocity, endurance time until exhaustion, forelimb muscle strength by gripping strength meter, neurobehavioral tests such as open field and elevated plus maze test, mitochondrial enzyme activity (Citrate synthase and cytochrome-C oxidase activity) in gastrocnemius muscle, oxidative stress marker such as DHE (Dihydroethidium) and DCF-DA (Dichlorofluorscine di-acetate)test.Article 2: We studied the effects of exercise and fluoxetine alone or combinative effects of long-term fluoxetine treatment (18mg/kg/day) and endurance physical exercise (six weeks) in male balbC/j mice, on animal treadmill. After the mentioned exercise protocol we focused on changes in tryptophan (TRP) metabolism in plasma, muscle and brain tissues in the BalbC/J mice. To confirm the metabolomic, we also studied the KP related enzyme related genes and proteins by the modern required materials and methods. We correlated the result of article1 with the metabolites level of kynurenine pathway of tryptophan metabolism. We studied the expression of transcriptor factor PGC1α level in muscle which is induced by physical exercise(Agudelo et al., 2014). PGC1α subsequently induce the expression of kynurenine aminotransferase 1 and 2 (KAT1 and KAT2) in skeletal muscles, which convert kynurenine (KYN) to kynurenic acid (KYNA). Conversion of kynurenine to kynurenic acid decrease the level of kynurenine and quinolinic acid an NMDA receptor agonist and a neurotoxic compound.