Les épilepsies mésiales du lobe temporal (ELTM) sont parmi les formes les plus fréquentes d’épilepsies partielles pharmaco-résistantes de l’adulte et l’enfant. Dans ces épilepsies les études électrocliniques et expérimentales indiquent que la zone épileptogène, qui désigne un ensemble de neurones nécessaire et suffisant à l’organisation d’une décharge anormale, ne peut être réduite à la seule formation hippocampique (FH) et impliquerait une réorganisation mettant en jeu plusieurs structures au sein du système limbique. Dans ce travail de thèse, nous nous sommes intéressés à la connectivité structurale entre le noyau supramammillaire (SuM) et la FH chez le rat dans le but de déterminer l’identité neurochimique de la voie de projection supramammillaro-hippocampique qui n’avait pas été clairement identifiée et, vérifier l’hypothèse d’une éventuelle réorganisation de cette voie de projection dans le modèle d’ELTM induit par l’injection intrapéritonéale de pilocarpine chez le rat. Chez les rats naïfs, nous mettons en évidence deux voies de projection distinctes. La première a pour origine les neurones localisés dans la partie latérale du SUM (SuML) qui innervent le champ CA2-CA3a et principalement la couche supragranulaire du gyrus dentelé dorsal. Cette voie est essentiellement ipsi-latérale et a la caractéristique de présenter un profil neurochimique unique, à la fois GABAergique et glutamatergique. La seconde voie de projection a pour origine les neurones localisés dans la partie plus postérieure et médiane du SuM (SuMM) qui innervent la région CA2-CA3a et la région ventrale du gyrus dentelé exclusivement ; cette voie est purement glutamatergique. Chez les rats traités à la pilocarpine, nos résultats montrent une réorganisation structurale des afférences des noyaux SuML et SuMM qui innervent le gyrus dentelé. Cette réorganisation est caractérisée par une distribution aberrante et une augmentation du nombre de fibres et terminaisons axonales en provenance des noyaux SuML et SuMM dans la couche moléculaire interne du gyrus dentelé. Cette réorganisation commence à la fin de la période de latence, et évolue pendant l’épilepsie induite par la pilocarpine. Avec ce travail, nous montrons pour la première fois : 1) l’hétérogénéité à la fois anatomique et neurochimique des voies de projection supramammillaro-hippocampiques ; 2) dans le gyrus dentelé des animaux traités à la pilocarpine, une réorganisation structurale d’origine extra-hippocampique, en provenance des noyaux SuML et SuMM. Cette connectivité aberrante pourrait contribuer avec la réorganisation des circuits intrinsèques de l’hippocampe à l’émergence des premières crises spontanées et à l’installation de l’épilepsie. / Mesial temporal lobe epilepsies (MTLE) are among the most common forms of pharmacoresistant partial epilepsies in adults and children. In these epilepsies, spontaneous seizures likely originate from a multi-structural epileptogenic zone including several structures of the limbic system connected to the hippocampal formation (HF). In this thesis, we investigate the structural connectivity between the supramammillary nucleus (SuM) and the HF in rat, in order to determine the not yet known neurochemical identity of the supramammillaro-hippocampal pathway and, to test the hypothesis of a potential reorganization of this pathway in the rat pilocarpine model of MTLE. In naïve rats, our results highlight two distinct pathways. The first pathway originates in the lateral part of the SuM (SuML) and innervates the supragranular layer of the dorsal dentate gyrus mainly, and the CA2-CA3a pyramidal cell layer of the hippocampus. This pathway is mainly ipsilateral and displays a unique dual phenotype for GABAergic and glutamatergic neurotransmission. The second pathway originates in the most posterior and medial part of the SuM (SuMM) and innervates exclusively the inner molecular layer of the ventral dentate gyrus and the CA2-CA3a subfield and is glutamatergic only.In pilocarpine-treated animals, our findings demonstrate a structural reorganization of dentate gyrus afferents originating from the SuM nuclei. Such reorganization is characterized by an aberrant distribution and an increased number of fibers and axon terminals from neurons of the both lateral and medial regions of the SuM, invading the entire inner molecular layer of the dentate gyrus. It starts at the end of the latent period and evolves during the epilepsy induced by pilocarpine. Our findings demonstrate for the first time: 1) the anatomical and neurochemical heterogeneity of the supramammillaro-hippocampal pathways; 2) in pilocarpine-treated animals, a marked reorganization of dentate gyrus afferents originating from the SuM nuclei. This aberrant connectivity could contribute along with the reorganization of hippocampal intrinsic circuitry to the emergence of the first spontaneous seizures and epilepsy installation.

Ce travail s'inscrit dans l'étude du réseau neuronal responsable de l'activation corticale au cours du sommeil paradoxal (SP) chez le rongeur. Dans la première partie de ma thèse, j'ai participé à la démonstration que cette activation est limitée à quelques structures limbiques déterminantes pour l'apprentissage, dont le gyrus dentelé de l'hippocampe (GD). Nous avons ensuite montré que l'activation du GD en SP est due à une projection issue du noyau supramammillaire (Sum). J'ai ensuite montré en combinant l'hybridation in situ d'un marqueur des neurones glutamatergiques et GABAergiques et l'immunohistochimie du FOS que les neurones du Sum latéral actifs en SP sont à la fois glutamatergiques et GABAergiques (GLU/GABA). Enfin, j'ai montré que l'augmentation du nombre de neurones FOS+ dans le GD dorsal en SP est abolie après la lésion neurochimique du Sum. De plus, la lésion du Sum induit une nette réduction de la densité de fibres glutamatergiques dans le GD dorsal. Ces résultats indiquent que les neurones du GD dorsal sont activés en SP par les neurones GLU/GABA du Sum latéral. Le deuxième objectif de ma thèse a été de déterminer la fonction de cette voie en SP. Ainsi j'ai utilisé la technique d'optogénétique afin d'inactiver ou activer les fibres GLU/GABA provenant du Sum localisées dans le GD dorsal au cours du SP. Nos résultats montrent que l'activation de ces fibres en SP induit une augmentation de la fréquence et de la puissance du thêta enregistré dans le GD. Ces résultats indiquent que la voie Sum-GD dorsal contrôle le thêta hippocampique et soutiennent l'hypothèse d'un rôle de cette voie dans les processus de consolidation mnésique prenant place au cours du SP / During my PhD I studied the neuronal network responsible for cortical activation during paradoxical sleep (PS) in rodents. In the first part of my thesis, I participated to the demonstration that this activation is limited to a few limbic structures involved in learning, including the dentate gyrus of the hippocampus (DG). Then, we showed that the activation of DG during PS is due to a projection from the supramammillary nucleus (Sum). Besides, by combining the in situ hybridization of markers of GABAergic and glutamatergic neurons and FOS immunohistochemistry, I demonstrated that lateral Sum neurons active in SP are both glutamatergic and GABAergic (GLU/GABA). Finally, I showed that the increasing number of FOS+ neurons in the dorsal DG during PS is abolished by the neurochemical lesion of the Sum. In addition, the Sum lesion induces a clear reduction of the density of glutamatergic fibers in the dorsal DG. These results indicate that during PS, dorsal DG neurons are activated by GLU/GABA neurons located in the lateral Sum. The second aim of my thesis was to determine the function of this pathway during PS. To realize that, I inactivated or activated by optogenetics the Sum GLU/GABA fibers located in the dorsal GD during SP. Our results show that the activation of these fibers during SP induces an increase in the theta frequency and power recorded in the dorsal DG. These results indicate that the Sum-dorsal DG-pathway modulates the hippocampal theta and supports the hypothesis of a role of this pathway in the memory consolidation process during SP