Les projections corticales de retour conduisent l'information vers des relais de traitement de l'information plus précoces. Elles sont essentielles pour la perception sensorielle. En ce qui concerne l'olfaction, l'information sensorielle est constituée d'une multitude de molécules odorantes, et c'est ce mélange complexe qui pénètre dans la cavité nasale. En fonction du contexte, c'est une partie ou une autre de cet ensemble de molécules qui va être importante d'un point de vue comportemental. Les signaux corticaux de retour permettraient de focaliser son attention sur les odeurs pertinentes de l'environnement. Au cours de mon doctorat, j'ai étudié le rôle de la signalisation inhibitrice GABAergique dans ces retours corticaux vers le bulbe olfactif, le premier relais de l'information olfactive. La première partie de mon travail a mis en évidence une modulation métabotropique GABAergique du retour cortical excitateur. Nos expériences caractérisent ensuite l'effet produit par cette modulation sur le bulbe olfactif. Nous avons ainsi démontré que la signalisation GABAergique au niveau de retours corticaux change de manière profonde la réponse du bulbe olfactif aux stimuli olfactifs. Dans un deuxième temps, j'ai trouvé que le cortex olfactif envoie non seulement des projections de retour excitatrices, mais aussi des retours inhibiteurs. Des expériences précisent ensuite la localisation de ce retour GABAergique, ainsi que son impact sur le bulbe olfactif. Nous avons notamment observé qu'en manipulant l'activité de ces fibres GABAergiques, nous pouvions modifier le comportement olfactif. / Cortical feedback conducts information towards earlier relays of information processing. It is instrumental for sensory perception. In the olfactory system, odorants are never experienced in isolation by the nose, and they might be meaningful to the animal or not depending on the context. Feedback inputs onto early processing stages are poised to permit selective attention to the relevant odorants in the olfactory scene. During my thesis work, I focused on understanding the key role that inhibitory GABAergic signaling plays in the cortical feedback to the olfactory bulb in mice.The first part of my work started with the discovery of excitatory transmission between cortical feedback inputs and the olfactory bulb is modulated by metabotropic receptors for GABA. Next, the impact of this regulation on the olfactory bulb network was investigated. We found that GABAergic signaling at cortical feedback axons profoundly changes the response of the olfactory bulb output cells to odor stimulation. In the second part of my thesis, I found that the cortical projections to the olfactory bulb not only comprises of excitatory components, but also inhibitory components. The precise origin of this GABAergic feedback was then determined and its impact on the olfactory bulb network is currently assessed. In particular, we observed that manipulating the activity of this GABAergic feedback perturbs olfactory behavior.

Comme tous les marsupiaux, l’opossum Monodelphis domestica nait dans un état très immature – glabre, aveugle, sourd – mais doit grimper sur le ventre de la mère pour trouver une tétine à laquelle il s’accroche afin de poursuivre son développement. Pour ce faire, il rampe à l’aide de ses membres antérieurs, qui sont mobiles contrairement aux membres postérieurs, et se dirige vers une tétine qu’il avale partiellement. Des sens céphaliques sont nécessaires pour qu’il trouve la tétine et s’y accroche. Le toucher est un des sens qui est fonctionnel dès la naissance. Ce sens repose sur des cellules spécialisées qui ont la propriété de percevoir des déformations mécaniques des tissus et d’y répondre en déclenchant l’activation de fibres nerveuses. Cette propriété s’appelle mécanotransduction et est rendue possible par la présence de récepteurs moléculaires à la surface des cellules dont la tâche est de réagir aux stimuli mécaniques afin de provoquer la réponse. Peu de ces récepteurs ont été formellement identifiés et caractérisés. Toutefois, Piezo2 est un canal transmembranaire retrouvé dans une vaste gamme de mécanorécepteurs et qui joue un rôle crucial dans la perception du toucher, en plus d’être impliqué dans la vestibulation (sens de l’équilibre) et l’audition. Le rôle de Piezo2 a surtout été étudié chez des mammifères euthériens matures. Peu d’études ont porté sur son expression développementale, et aucune ne concernait les marsupiaux. L’objectif principal de cette thèse était de décrire l’expression de Piezo2 au niveau de la tête d’opossums en développement. L’expression du gène a été examinée par RT-PCR et hybridation in situ, alors que la présence de la protéine a été démontrée par immunohistochimie. La RT-PCR montre une expression de l’ARNm de Piezo2 à tous les âges à partir de la naissance jusqu’au 21e jour postnatal (P21). L’immunohistochimie n’a pas permis de mettre en évidence Piezo2 dans la peau faciale ni chez les nouveau-nés ni chez l’adulte. Cependant, Piezo2 est présent dans l’oreille interne dès la naissance. Dans le vestibule, le marquage Piezo2 est observé sous la forme de disques à la surface de l’épithélium dans la macule utriculaire dès la naissance et dans la macule sacculaire et les crêtes ampullaires à P7. Ces disques ont une morphologie similaire à ceux formés par l’accumulation d’actine où se développent les cils des cellules ciliées, ce qui permet de penser que Piezo2 se trouve à la surface des cellules ciliées présomptives. Dans la cochlée, la protéine est aussi présente sur toute la surface apicale de l’organe de Corti présomptif. Avec l’âge, le patron de marquage se restreint à la surface des cellules ciliées externes, dont les trois rangées sont visibles à P11. À P14, les disques de marquage Piezo2 sont bien nets dans tous les organes sensoriels de l’oreille interne. Du marquage Piezo2 a aussi été observé dans la membrane tectoriale de la cochlée et les membranes otolithiques des macules vestibulaires, ce qui suggère qu’il joue un rôle dans le développement de ces structures acellulaires. Ces résultats suggèrent que Piezo2 n’est pas impliqué dans la mécanosensation tactile faciale à la naissance et pourrait jouer un rôle mineur dans le toucher chez l’opossum. L’expression de Piezo2 dans l’oreille interne indique qu’une forte maturation des cellules ciliées a lieu au cours de la 1re semaine postnatale dans la macule utriculaire et lors de la 2e semaine pour les autres organes sensoriels vestibulaires. Les cellules ciliées cochléaires auraient une maturation un peu plus tardive, au cours de la 2e semaine postnatale. La forte présence de Piezo2 dans l’épithélium cochléaire dès la naissance, alors que les cellules ciliées sont encore indifférenciées, suggère que cette molécule pourrait jouer un rôle dans la différenciation cellulaire. En résumé, cette étude montre que Piezo2 n’est pas impliqué dans la mécanosensation précoce chez l’opossum, mais qu’il joue un rôle dans le développement de la vestibulation et de l’audition. / Like most marsupials, the opossum Monodelphis domestica is born in a very immature state, ie. blind, glabrous and deaf. To pursue its development and growth, the newborn crawls with its forelimbs on its mother’s belly to find a teat where it attaches. Cephalic senses are needed to find the teat and trigger the attachment. Touch is one of the senses, which depends on mechanoreceptors, sensory cells capable of perceiving the mechanical changes in tissues and to transmit them as neural inputs, a process called mechanotransduction. Of the few molecular receptors underlying mechanotransduction identified so far, Piezo2 is the best candidate. It is a mechanosensitive cation channel found in a wide variety of mechanoreceptors and plays a crucial role in the perception of touch, as well as having been linked to the vestibular and auditory vestibular systems. While having been well characterized in mature eutherian mammals, few studies have looked at its role during ontogenesis and none were done in marsupials. The main objective of this thesis was to describe the developmental expression of Piezo2 in the head of the opossum. Gene expression was examined by RT-PCR and in situ hybridization, while the presence of the protein was demonstrated by immunohistochemistry. RT-PCR has shown that gene expression of Piezo2 is present from birth (postnatal day 0, P0) until P21. Immunohistochemistry did not reveal the presence of Piezo2 in cephalic skin tissues at any stage from birth to adulthood. However, Piezo2 is present in the inner ear from birth onwards. In the vestibular labyrinth, disk-shaped patches of Piezo2 labeling are present in the utricular macula at P0 and can be observed at P7 in the saccular macula and in the crista ampullaris. In all these sensory organs, Piezo2 labeling is similar to that of disk-shaped patches of actin accumulation where the stereocilia of hair cells develop. This suggests that Piezo2 is located at the surface of the hair cells in the inner ear. In the auditory system, the protein is present over the surface of the whole presumptive organ of Corti at P0. With age, Piezo2 labeling was restricted to the apical surface of the outer hair cells by P11. At P14, numerous discs are present in all the sensory organs of the inner ear and the only difference with P21 seems to be an increase in their number. Piezo2 labeling was also observed in the tectorial membrane of the cochlea and the otolithic membranes of the macula, suggesting that it plays a role in the development of these acellular structures. These results indicate that Piezo2 is not involved in skin facial mechanosensation at birth in the opossum and may be less important in the perception of touch in marsupials than in eutherians. The pattern of expression of Piezo2 in the vestibular system suggests that the maturation of the hair cells is important during the first postnatal week in the utricular macula and during the second postnatal week in the other vestibular sensory organs. The hair cells in the organ of Corti are maturating more during the late second postnatal week. Moreover, the strong expression of Piezo2 in the undifferentiated cochlear epithelium during the first postnatal weeks suggests that it may play a role in the differentiation of the cells of the organ of Corti of the opossum Monodelphis domestica. In summary, this study highlights that Piezo2 is not involved in early mechanosensation in opossums but plays a role in the development of both the vestibular and auditory systems.

L’opossum Monodelphis domestica naît très immature et grimpe sans aide de la mère, du sinus urogénital à une mamelle où il va s’attacher pour poursuivre son développement. Des informations sensorielles sont nécessaires pour guider le nouveau-né vers la mamelle et les candidats les plus probables sont le toucher, l’équilibre et l’olfaction. Pour tester l’action des différents systèmes sur la motricité chez l’opossum nouveau-né, des régions céphaliques du trijumeau, du vestibulaire et de l’olfaction ont été stimulées électriquement sur des préparations in vitro en comparaison avec une stimulation seuil T (intensité minimale de la stimulation à la moelle épinière cervicale induisant le mouvement des membres antérieurs). Par comparaison, un mouvement similaire était induit par des stimulations à ~2T du ganglion du trijumeau, à ~20 T du complexe vestibulaire, et à ~600 T des bulbes olfactifs. L’étude de l'innervation de la peau faciale et des voies relayant les informations du trijumeau vers la moelle épinière (ME) a été approfondie en utilisant de l’immunohistochimie pour les neurofilament-200 et du traçage rétrograde avec du Texas-Red couplé à des Dextrans Aminés. De nombreuses fibres nerveuses ont été révélées dans le derme de plusieurs régions de la tête. Quelques cellules du ganglion trigéminal projettent à la ME rostrale, mais la majorité projette vers la médulla caudale où se trouvent les neurones secondaires du trijumeau ou des cellules réticulospinales. Les résultats de cette étude indiquent une influence significative des systèmes du trijumeau et du vestibulaire, mais pas de l'olfaction, sur le mouvement des membres antérieurs des opossums nouveau-nés. / The opossum Monodelphis domestica is born very immature and crawls, unaided by the mother, from the urogenital opening to a nipple where it attaches and pursues its development. Sensory information is needed to guide the newborn to a nipple and studies suggest that the vestibular, trigeminal, and olfactory systems are likely candidates. The trigeminal, vestibular and olfactory regions of the brain were electrically stimulated to test their relative effectiveness at eliciting forelimb movement in newborn opossums, using in vitro preparations of brain-spinal cord with the limbs attached. The minimal stimulation of the cervical spinal cord needed to induce forelimb movement was considered as threshold (T). Similar movement were obtained with stimulations of the trigeminal ganglion at ~2T and of the vestibular complex at ~20 T and at ~600 T for the olfactory bulb. Neurofilament-200 immunohistochemistry and retrograde tracing with Texas-Red conjugated Dextran Amines were used to study trigeminal innervation of the facial skin and pathways by which trigeminal inputs may be relayed to the spinal cord. Numerous nerve fibers were observed in the snout dermis, elsewhere in the head skin. Some trigeminal ganglion cells project to the upper spinal cord, but more project to the caudal medulla where they could contact secondary trigeminal neurons or reticular cells projecting to the spinal cord. These results support a significant influence of the trigeminal and the vestibular systems, but not of olfaction, on forelimb movement of neonatal opossums.

L’opossum Monodelphis domestica naît très immature et grimpe sans aide de la mère, du sinus urogénital à une mamelle où il va s’attacher pour poursuivre son développement. Des informations sensorielles sont nécessaires pour guider le nouveau-né vers la mamelle et les candidats les plus probables sont le toucher, l’équilibre et l’olfaction. Pour tester l’action des différents systèmes sur la motricité chez l’opossum nouveau-né, des régions céphaliques du trijumeau, du vestibulaire et de l’olfaction ont été stimulées électriquement sur des préparations in vitro en comparaison avec une stimulation seuil T (intensité minimale de la stimulation à la moelle épinière cervicale induisant le mouvement des membres antérieurs). Par comparaison, un mouvement similaire était induit par des stimulations à ~2T du ganglion du trijumeau, à ~20 T du complexe vestibulaire, et à ~600 T des bulbes olfactifs. L’étude de l'innervation de la peau faciale et des voies relayant les informations du trijumeau vers la moelle épinière (ME) a été approfondie en utilisant de l’immunohistochimie pour les neurofilament-200 et du traçage rétrograde avec du Texas-Red couplé à des Dextrans Aminés. De nombreuses fibres nerveuses ont été révélées dans le derme de plusieurs régions de la tête. Quelques cellules du ganglion trigéminal projettent à la ME rostrale, mais la majorité projette vers la médulla caudale où se trouvent les neurones secondaires du trijumeau ou des cellules réticulospinales. Les résultats de cette étude indiquent une influence significative des systèmes du trijumeau et du vestibulaire, mais pas de l'olfaction, sur le mouvement des membres antérieurs des opossums nouveau-nés. / The opossum Monodelphis domestica is born very immature and crawls, unaided by the mother, from the urogenital opening to a nipple where it attaches and pursues its development. Sensory information is needed to guide the newborn to a nipple and studies suggest that the vestibular, trigeminal, and olfactory systems are likely candidates. The trigeminal, vestibular and olfactory regions of the brain were electrically stimulated to test their relative effectiveness at eliciting forelimb movement in newborn opossums, using in vitro preparations of brain-spinal cord with the limbs attached. The minimal stimulation of the cervical spinal cord needed to induce forelimb movement was considered as threshold (T). Similar movement were obtained with stimulations of the trigeminal ganglion at ~2T and of the vestibular complex at ~20 T and at ~600 T for the olfactory bulb. Neurofilament-200 immunohistochemistry and retrograde tracing with Texas-Red conjugated Dextran Amines were used to study trigeminal innervation of the facial skin and pathways by which trigeminal inputs may be relayed to the spinal cord. Numerous nerve fibers were observed in the snout dermis, elsewhere in the head skin. Some trigeminal ganglion cells project to the upper spinal cord, but more project to the caudal medulla where they could contact secondary trigeminal neurons or reticular cells projecting to the spinal cord. These results support a significant influence of the trigeminal and the vestibular systems, but not of olfaction, on forelimb movement of neonatal opossums.