Les ganglions de la base, un ensemble de noyaux sous-corticaux interconnectés, sont impliqués dans l'élaboration, le contrôle et la mémorisation de comportements cognitivo-moteurs. L'une des principales structures de sortie de ce réseau, la substance noire réticulée (SNr), intègre les différentes informations neuronales puis les transmet au cortex via un relais thalamique. Cependant, cette transmission nécessite une régulation fine de l'activité neuronale de la SNr car celle-ci exerce une inhibition constante de ces structures cibles en raison de son activité GABAergique spontanée. Parmi les acteurs de cette régulation, le glutamate et le GABA sont à l'origine d'un équilibre fin entre excitation et inhibition des neurones nigraux. De nombreuses études se sont intéressées aux mécanismes de régulation de l'activité neuronale de la SNr mais, paradoxalement, aucune ne s'est intéressée au rôle des astrocytes. L'objet de ce travail de thèse a donc été d'étudier les relations entre neurones et astrocytes au sein de la SNr, afin de définir une potentielle implication des astrocytes dans la régulation de l'activité neuronale de cette structure. Nous avons étudié les excitabilités calciques des astrocytes et électriques des neurones grâce aux techniques d'imagerie calcique et de patch-clamp, dans un modèle de tranche parasagittale de cerveau de rat préservant les connexions subthalamo-nigrales et pallido-nigrales. Nous avons ainsi montré que les astrocytes nigraux possèdent une activité calcique spontanée, à la fois autonome et dépendante des libérations toniques de glutamate et de GABA. D'autre part, nous avons mis en évidence que l'activité de ces cellules est modulée par la stimulation à haute fréquence du noyau sous-thalamique. Nous avons montré qu'en retour, ces activités calciques spontanées astrocytaires sont impliquées dans la régulation de la fréquence de décharge des neurones de la SNr. Enfin, nous avons mis en évidence que la recapture astrocytaire du glutamate, et probablement du GABA, intervient également dans la régulation de l'activité de décharge neuronale nigrale. En conclusion, ce travail met en évidence une communication bidirectionnelle entre les neurones et les astrocytes de la SNr. Cette communication semble jouer un rôle important dans la régulation de l'activité de cette structure. / Basal ganglia, a set of interconnected nuclei, are implicated in the elaboration, control and memorization of cognitive-motor behaviors. One of the main output structure of this network, the substantia nigra pars reticulata (SNr), integrates and conveys neuronal information to cortical areas via a thalamic relay. However, this transmission requires an accurate regulation of the SNr neuronal activity since this structure inhibits its targets due to its spontaneous GABAergic activity. Among the different actors of this regulation, glutamate and GABA provide a tight balance between excitation and inhibition of the SNr neuronal activity. Several studies have explored the different mechanisms involved in this regulation but paradoxically, none concerned the astrocyte functions. In this work, our aim was to study astrocyte-neuron relations in order to define a potential astrocyte implication in the regulation of the neuronal activity in the SNr. We studied calcium and electrical activities of astrocytes and neurons using calcium imaging and patch-clamp techniques in parasagittal rat brain slices, conserving subthalamo- and pallido-nigral projections. We showed that astrocytes in the SNr displayed spontaneous calcium activities, both dependent and independent of glutamatergic and GABAergic tonic neuronal transmissions. Moreover, we showed that astrocytes calcium activities were regulated by the subthalamic nucleus high frequency stimulation. Our results revealed that, in turn, astrocytes calcium activities were involved in the regulation of the neuronal firing rate. Finally, we showed that astrocyte glutamatergic, and maybe GABAergic, reuptake was involved in the regulation of the neuronal firing rate. To conclude, this study revealed a bidirectional communication between astrocytes and neurons in the SNr. This communication seems to be important in the regulation of the activity in this structure.

Le récepteur aux cannabinoïdes de type 1 (CB1) est un récepteur couplé aux protéines G, abondamment exprimé dans le cerveau et régulant plusieurs processus physiologiques. Cependant, les mécanismes cellulaires par lesquels les CB1 régulent ces processus n’ont été que peu analysés. Bien que les CB1 localisés dans les membranes plasmiques sont connus pour induire la transduction de signal; une partie de ces récepteurs sont aussi fonctionnels au niveau des mitochondries (mtCB1), où leur stimulation réduit la respiration mitochondriale. L’objectif de cette thèse fut d’évaluer l’impact de l’activation des récepteurs mtCB1 du cerveau sur les effets connus des cannabinoïdes. Afin de distinguer la fonction des mtCB1 de celle des autres populations de récepteurs, nous avons développé des outils basés sur la signalisation induite par les mtCB1. Dans les mitochondries isolées de cerveau, l’activation des protéines Gαi/o, dépendante des mtCB1 diminue l’activité de l’adénylyl cyclase soluble (sAC). L'inhibition locale de l’activité de sAC prévient l’amnésie, la catalepsie et partiellement l’hypolocomotion induite par les cannabinoïdes. De plus, nous avons généré une protéine fonctionnelle mutante CB1 (DN22-CB1) dépourvue des 22 premiers acides aminés des CB1 ainsi que de sa localisation mitochondriale. Contrairement aux CB1, l'activation des DN22-CB1 n’affecte pas l'activité mitochondriale. Enfin, l’expression des DN22-CB1 dans l’hippocampe bloque à la fois la diminution de la transmission synaptique et l’amnésie induites par les cannabinoïdes. Ces travaux démontrent l’implication des mtCB1 dans certains effets des cannabinoïdes et le rôle clé des processus bioénergétiques contrôlant les fonctions cérébrales. / Type-1 cannabinoid receptor CB1 is a G protein-coupled receptor (GPCR), widely expressed in the brain, which regulates numerous physiological processes. However, the cellular mechanisms of CB1-mediated control of these functions are poorly understood. Although CB1 are known to signal at the plasma membrane, a portion of these receptors are also present in mitochondria (mtCB1), where mtCB1 activation decreases mitochondrial activity. The goal of this thesis was to dissect the impact of brain mtCB1 signaling in known behavioral effects induced by cannabinoids. To distinguish the functions of mtCB1 from other receptor pools, we developed tools based on the characterization of the intra-mitochondrial molecular cascade induced by mtCB1 receptors. In isolated brain mitochondria, we found that intra-mitochondrial decrease of soluble-adenylyl cyclase (sAC) activity links mtCB1- dependent activation of Gαi/o proteins to decrease cellular respiration. Local brain inhibition of sAC activity blocks cannabinoid-induced amnesia, catalepsy and contributes to the hypolocomotor effect of cannabinoids. In addition, we generated a functional mutant CB1 protein (DN22-CB1) lacking the first 22 amino acid of CB1 and its mitochondrial localization. Differently from CB1, activation of DN22-CB1 does not affect mitochondrial activity. Hippocampal in vivo expression of DN22-CB1 abolished both cannabinoid-induced impairment of synaptic transmission and amnesia in mice. Together, these studies couple mitochondrial activity to behavioral performances. The involvement of mtCB1 in the effects of cannabinoids on memory and motor control highlights the key role of bioenergetic processes as regulators of brain functions.