Un tiers de la thèse couvre la conception et le montage d'une expérience de stimulation tactile chez l'humain. En utilisant la microneurographie, nous avons pu enregistrer la réponse neuronale des mécanorécepteurs lorsqu'ils sont stimulés de façon précise et contrôlable. Notre dispositif permet le contrôle de la position, l¿orientation, la vitesse et de la force d'appui de la stimulation via une texture micro-usinée par nos soins. Ainsi les conditions sont réunies pour étudier de façon systématique la transduction de l'information tactile, qui se trouve d¿abord dans la surface à sonder puis passe dans le codage par les neurones du système nerveux. La seconde partie concerne le montage d'un microscope par nappe laser appliqué à l'enregistrement de l'activité neuronale d¿une larve de poisson-zèbre. Le but est de se doter d'un outil permettant d'observer la totalité de la chaîne de transmission de l'information mécano-sensorielle : du récepteur au cerveau. Les poissons sont génétiquement modifiés pour exprimer le rapporteur calcique GCaMP3 dans chacun de leurs neurones. Le microscope à nappe laser, où l'éclairement du spécimen se fait par le côté avec un faisceau laser scanné et l'observation se fait par le dessus selon un axe perpendiculaire au plan d'éclairement, permet d'augmenter à la fois la fréquence de prise d'images et la taille du champ enregistré par rapport aux techniques usuelles (microscope confocal ou 2-photons). Ces gains sont mis à profit pour étudier les corrélations entre les signaux de neurones distribués dans l'ensemble du cerveau de la larve du poisson-zèbre, et mettre directement à jour les sous-réseaux à l'œuvre au cours de l'activité cérébrale. / One third of the manuscript deals with the design of a set-up to deliver tactile stimulation to a human subject. Using microneurography, we recorded the neural response of the mecanoreceptors during a controlled stimulation. The set-up provides precise control over the position, the orientation, the speed and the loading force of a stimulus that we machined on a micro-mill. Thus we can study the transduction of the information, from initially contained in the surface geometry up to the neural coding. The second part shows the construction of Single Plane Illumination Microscope designed to record the neuronal activity of a zebrafish larva. We aim at recording the whole chain of transmission from the sensor to the brain. The fish are genetically modified to express the GCaMP3 calcium indicator in each of their neurons. With the SPIM, where the excitation light comes from the side of the specimen in the shape of a lightsheet and the observation is made from the top at a 90 degrees angle, we can increase the frame rate and the size of the field of view simultaneously, compared to usual techniques (confocal or 2-photons microscopes). These improvements are used to study the correlations between signals from neurons distributed all over the larva?s brain, and discover the underlying networks.

S’il est bien établi que le flux sanguin cérébral est distribué en fonction de la demandemétabolique des neurones, aucune étude n’a exploré la contribution du réseauvasculaire au processus de consolidation mnésique qui requiert un dialoguehippocampo-cortical permettant le remodelage progressif des réseaux neuronauxcorticaux sous-tendant la trace mnésique ancienne stabilisée.Utilisant un test comportemental induisant une mémoire olfactive associative chez lerat couplé à des techniques d’imagerie cellulaire ex vivo, nous montrons pour lapremière fois, chez le rat adulte sain, une dissociation fonctionnelle entre réactivité etarchitecture du réseau vasculaire cérébral. Nous mettons en évidence des modificationsde signalisation calcique des artères cérébrales qui suggèrent que leur dynamiques’adapte pour permettre l’expression du souvenir. De plus, suivant une cinétiquedifférente, le réseau vasculaire se densifie par angiogenèse dès le lendemain del’apprentissage, y compris dans les régions du cortex ne prenant en charge le souvenirque plusieurs semaines plus tard. En stimulant spécifiquement cette angiogenèse parinjection d’agents pharmacologiques dans le cortex, nous améliorons les performancesdes rats lors du rappel de mémoire ancienne.Pris dans leur ensemble, nos résultats soulignent l’importance de la plasticitévasculaire dans la modulation de la plasticité neuronale et des fonctions cognitives. Ilssuggèrent en outre que les changements structuraux précoces du réseau vasculairepourraient constituer un mécanisme permissif à l’origine de la régulation des épinesdendritiques corticales impliquées dans la formation et le stockage à long terme dessouvenirs.Mots / While there is consensus that cerebral blood flow is distributed according to themetabolic demand of neurons, the contribution of vascular networks to memoryconsolidation, the process by which memories acquire stability over time, remainsunknown. This process requires a transitory hippocampal-cortical interaction allowingthe progressive remodeling of cortical neuronal networks supporting the remotememory trace.By using a behavioral task requiring an associative olfactory memory coupled to cellularimaging techniques, we first reveal, in adult healthy rats, a functional dissociationbetween the reactivity and the architecture of cerebral vascular networks. We identifycalcium signaling changes that occur in specific cerebral arteries, pointing to theirability to adapt their dynamics upon retrieval to enable the successful expression ofeither recent or remote memories. Moreover, we show that vascular networks undergo atime-dependent densification via an angiogenesis mechanism as early as one day afterlearning, including in cortical regions which will only support memory storage andretrieval weeks later. By specifically stimulating this early cortical angiogenesis, we wereable to improve the performance of rats tested for remote memory.Taken together, our results highlight the importance of vascular plasticity inmodulating neuronal plasticity and cognitive functions. They also suggest that the earlystructural changes within vascular networks could constitute a permissive mechanismwhich regulates the development of cortical dendritic spines thought to support theprogressive formation and storage of enduring memories.

Le cerveau est composé de réseaux de neurones interconnectés dont la mise en place au cours du développement cérébral est hautement régulée par des processus cellulaires, moléculaires et fonctionnels. Un dysfonctionnement de ces processus peut perturber l’établissement de ces réseaux et conduire à des pathologies neurologiques. L’épilepsie absence est une pathologie génétiquement déterminée qui apparait au cours de l’enfance. Les crises d’absences sont caractérisées par une altération de la conscience et par la présence de décharges de pointe-ondes (DPO) sur l’électroencéphalogramme initiées au sein d’un zone restreinte du cortex. Cependant, on sait peu de choses sur les mécanismes conduisant à la mise en place des décharges épileptiques récurrentes au cours de l’enfance (i.e. l’épileptogenèse). Nous avons fait l’hypothèse que des anomalies du processus de maturation cérébrale sont à l’origine de l’apparition des DPO.J’ai vérifié cette hypothèse chez un modèle génétique d’épilepsie absence, le rat GAERS. Dans un premier temps, j’ai étudié l’épileptogenèse du GAERS grâce à l’enregistrement in vivo du potentiel de champs local et de l’activité intracellulaire des neurones pyramidaux au niveau du site d’initiation des DPO, le cortex somatosensoriel (SoCX). Nous avons mis en évidence que les DPO se développent progressivement après la fin d’une période de maturation hautement sensible et malléable du SoCx (i.e. période critique). La maturation des décharges épileptiques consiste en une augmentation de leur fréquence, de leur durée et en l’évolution du motif de décharge jusqu’à l’âge adulte, période à laquelle ces paramètres atteignent une relative stabilité. De plus, ces changements sont associés à une altération graduelle des propriétés intrinsèques des neurones pyramidaux qui s’accompagne d’une augmentation progressive de la force de l’activité synaptique locale et d’une propension accrue des neurones du SoCx à générer des oscillations synchrones.Nous avons ensuite recherché les raisons de cette prédisposition anormale des neurones du SoCx à se synchroniser chez le GAERS. Dans ce but, nous avons cherché à mettre en évidence des anomalies de la maturation corticale au niveau de la structure et de l’organisation fonctionnelle du SoCx avant l’apparition des DPO. En combinant l’IRM, des marquages immunohistochimiques et le traçage rétrograde monosynaptique des connexions longue distance par le virus de la rage modifié, nous avons pu montrer qu’aucune anomalie globale du cerveau et du SoCx n’est présente chez le GAERS avant l’apparition des DPO. Afin de déterminer la présence d’anomalies fonctionnelles nous avons utilisé l’imagerie calcique biphoton et enregistré in vivo la dynamique de l’activité spontanée du réseau de neurones des couches 2-3 du SoCx. Chez le GAERS, nous avons mis en évidence que ces neurones sont plus actifs et dévoilent une organisation fonctionnelle différente de celle des animaux contrôles. Enfin, pour comprendre comment cette organisation fonctionnelle anormale est médiée, nous avons étudié la structure dendritique et synaptique du SoCx en combinant la microscopie électronique et la reconstruction morphologique de neurones. Nous avons mis en évidence un élargissement des épines dendritiques associé à un allongement de la densité post-synaptique au sein du SoCx chez le GAERS.L’ensemble de ces résultats démontrent la nature progressive du développement de l’épilepsie absence ainsi que l’existence d’anomalies de la maturation corticale qui affectent la structure et la fonction du réseau neuronal, avant l’apparition des crises épileptiques. Ces altérations constituent une prédisposition à l’établissement et l’évolution des DPO et sont une cible thérapeutique potentielle qui pourrait permettre de bloquer la mise en place des crises d’absences. / The brain is organized into several interconnected neuronal networks whose formation is highly regulated by cellular, molecular and functional processes. The dysfunction of these processes during brain development could disrupt neuronal circuit establishment and lead to neurological pathologies. Absence epilepsy is a genetically determined disease with a childhood onset. Absence seizures are characterized by an impairment of the consciousness associated on the electroencephalogram with spike and wave discharges (SWD). However, little is known about the mechanisms leading to the establishment of recurrent epileptic discharges (i.e. epileptogenesis). We hypothesized that SWD onset originates from an abnormal brain maturation.During my PhD, I examined this hypothesis in a recognized genetic model of absence epilepsy, the GAERS rat. First, I studied the epileptogenic process by recording in vivo the local field potential and the intracellular activities of pyramidal neurons in the initiating area of SWD, the somatosensory cortex (SoCx), at different post natal days in GAERS. We showed that SWD progressively developed after the end of a highly sensitive and plastic maturation period of the SoCx (i.e critical period). Afterward, epileptic discharges maturation consists in an increase of their duration, their number and in an evolution of the pattern reaching a relative stability at adulthood. Moreover, these changes are associated with a gradual abnormal alteration of the intrinsic properties of pyramidal neurons which is accompanied with a progressive increase in the strength of the local synaptic activity and a growing propensity of SoCx neurons to generate synchronized oscillations.Then, we explored the reasons for this abnormal susceptibility of SoCx neurons to be more synchronized in GAERS. We sought to bring to light anomalies of SoCx maturation at the structural and functional organization level prior to SWD onset in GAERS. Combining MRI, immunohistochemistry labeling and rabies-mediated retrograde monosynaptic tracing to reveal long-range connectivity, we showed that, prior to SWD onset, no brain and SoCx architecture abnormalities could be observed in GAERS. Then, using two photon calcium imaging we recorded in vivo the spontaneous activity of SoCx layers 2-3 neurons to evidence their functional organization. We found that these neurons were more active and unveiled a different functional organization in GAERS compared to control animals. Finally, to understand how is mediated this abnormal functional organization, we studied the dendritic and synaptic fine structure of SoCx neurons by combining electron microscopy and morphological neuron reconstruction. We highlighted an enlargement of the dendritic spines as well as an increase of the post-synaptic density length in the GAERS SoCx.Taken together, these findings showed the progressive nature of absence epilepsy development and the presence of abnormalities in the cortical maturation which affect the structure and the functional of the neuronal network the prior to SWD. These alterations constitute a breeding ground for the establishment and evolution of SWD. Future studies will aim at interfering with the epileptogenesis process should target these early alterations to stop seizure development.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Connue pour son rôle dans la cascade de coagulation, la thrombine, une protéase à sérine, peut également agir par l’intermédiaire de PAR1, un récepteur activé par protéase et couplé aux protéines G liant le GTP (GPCR). La thrombine se lie et clive l’extrémité N-terminale du PAR1 entre l’Arg41 et la Ser42, exposant une nouvelle extrémité terminale qui agit elle-même comme un ligand. La thrombine et une séquence peptidique de cinq acides aminés, composée des résidus Ser42 à Arg46, nommée PAR1-AP, déclenchent dans diverses cellules de mammifères une réponse intracellulaire comportant une composante calcique. Dans cette étude, le système d’expression par baculovirus dans les cellules Sf9 d'insecte nous a permis d'exprimer le récepteur PAR1 du rat à la surface de ces cellules et de réaliser son couplage fonctionnel à leur signalisation intracellulaire (modèle rPAR1-Sf9). La composante calcique de celle-ci, en réponse au PAR1-AP, a ensuite été étudiée en détail à l’aide de la sonde fluorescente Fura-2 et de plusieurs inhibiteurs agissant sur les canaux calciques ou d'autres éléments de la cascade de signalisation du calcium intracellulaire. Lorsque le milieu extracellulaire contient du calcium (Ca2+), la thrombine ou PAR1-AP déclenchent un signal calcique qui consiste en une augmentation rapide de [Ca2+]i suivi d’un plateau relativement soutenu, puis d'un retour lent vers le niveau de base initial. En l'absence de Ca2+ dans le milieu extracellulaire, l'augmentation initiale rapide de [Ca2+]i est suivie d'un retour rapide vers le [Ca2+]i de base. À l’aide d’inhibiteurs de canaux calciques, tels que le lanthane, la nifédipine et le D-600, l'entrée du calcium du milieu extracellulaire dans les cellules est inhibée, abolissant le plateau soutenu de [Ca2+]i. L’inhibition de la pompe Ca2+-ATPase par la thapsigargine supprime la réponse au PAR1-AP après épuisement des sites de stockage de Ca2+intracellulaire. Le TMB-8 agit de façon discordante quant à l’inhibition de la libération de Ca2+ des sites de stockage intracellulaires. La réponse à PAR1-AP n’est pas affectée par le D-609, un inhibiteur de la phospholipase β. L’inhibition de la protéine kinase C (PKC) par le bisindolylmaléimide induit des oscillations en présence de Ca2+ extracellulaire et atténue fortement le signal calcique en absence de Ca2+ extracellulaire. En présence de Ca2+ extracellulaire, l’activation de la PKC par le PBDu tronque le flux de [Ca2+]i tandis que la réponse calcique est abolie en absence de Ca2+ dans le milieu extracellulaire. Le H-89, un inhibiteur de la protéine kinase A (PKA), cause une prolongation de la durée du plateau de [Ca2+]i dans un milieu riche en calcium et la suppression de la réponse à PAR1-AP lorsque le milieu extracellulaire est dépourvu de Ca2+. Les résultats obtenus nous permettent de conclure que la PKC et possiblement la PKA jouent un rôle critique dans la mobilisation du Ca2+ induite par le PAR1-AP dans le modèle rPAR1-Sf9. / Thrombin’s serine protease activity allows for it to have a role in both the coagulation cascade as well as through a GTP- binding protein coupled receptor (GPCR) known as the protease-activated receptor-1 (PAR1). Thrombin binds to PAR1 at the N-terminal, cleaving between Arg41 and Ser42, and unmasking a new N-terminal which acts as a tethered ligand. Thrombin and a five amino acid peptide composed of the sequence of residues Ser42 to Arg46, known as PAR 1-AP, has been shown to mediate a number of signalling mechanisms in mammalian cells, including a calcium signalling pathway. In the present study, the Sf9-baculovirus system allowed us to express the rat PAR1 (rPAR1-Sf9) on the cell surface and study its intracellular signalling. The calcium (Ca2+) signal was studied using the fluorescent probe Fura-2, and several Ca2+ channel inhibitors and calcium signal modulators were used to study the signal induced by PAR1-AP. In the presence of extracellular calcium [Ca2+]e, thrombin and PAR1-AP produced a Ca2+ signal which consisted of an initial spike in [Ca2+]i followed by a relatively maintained plateau and a slow return towards baseline. In the absence of Ca2+ in the extracellular space, the initial Ca2+ increase is followed by a quick return to baseline [Ca2+]i. Ca2+ channel inhibitors, lanthanum, nifedipine and D-600, inhibited the entry of Ca2+ from the extracellular space and abolished the plateau phase of the response to PAR1-AP. Inhibition of the Ca2+-ATPase with thapsigargin abolished the response to PAR1-AP after having depleted the Ca2+ stores involved in the initial spike in [Ca2+]i. TMB-8, expected to inhibit the release of Ca2+ from internal stores, inconsistently inhibited the [Ca2+]i response to PAR1-AP. The response elicited by PAR1-AP was not affected by D-609, an inhibitor of phospholipase Cβ. Inhibition of protein kinase C (PKC) with bisindolylmaleimide induced oscillations in the [Ca2+]i levels in the presence of extracellular Ca2+ while it significantly blunted the response in the absence of extracellular Ca2+. PDBu activation of PKC truncated the [Ca2+]i surge in Ca2+-rich conditions while abolishing it altogether in the absence of extracellular Ca2+. H-89 inhibition of protein kinase A (PKA) prolonged the plateau duration in Ca2+-rich medium while inhibiting the response to PAR1-AP in a Ca2+-deficient environment. Taken together, our results suggest that PKC and possibly PKA play a critical role in the mobilisation of Ca2+ in rPAR1-Sf9 by PAR1-AP.

La cavéoline (Cav) est une protéine dite « de scaffolding » présente dans les cavéoles. La Cav-3, isoforme majeure du muscle strié, aurait un rôle dans l'homéostasie calcique du muscle squelettique. Notre but était de caractériser les interactions entre la Cav-3 et le canal calcique voltage-dépendant de type L. Nous avons tout d'abord étudié les conséquences d'une déficience en Cav-3 suite à l'expression du mutant pathologique Cav-3P104L. Nos résultats indiquent que l'expression de Cav-3P104L i) réduit spécifiquement la conductance des canaux de type L dans des myotubes squelettiques primaires, des fibres fœtales en survie et adultes, ii) entraîne une réduction significative de l'expression membranaire du canal de type L. De plus, nous avons montré que la Cav-3 et le canal de type L sont colocalisés à la membrane plasmique et dans des extraits musculaires. Enfin, des expériences d'interaction in vitro suggèrent une interaction moléculaire directe entre ces deux protéines.

Un tiers de la thèse couvre la conception et le montage d'une expérience de stimulation tactile chez l'humain. En utilisant la microneurographie, nous avons pu enregistrer la réponse neuronale des mécanorécepteurs lorsqu'ils sont stimulés de façon précise et contrôlable. Notre dispositif permet le contrôle de la position, l¿orientation, la vitesse et de la force d'appui de la stimulation via une texture micro-usinée par nos soins. Ainsi les conditions sont réunies pour étudier de façon systématique la transduction de l'information tactile, qui se trouve d¿abord dans la surface à sonder puis passe dans le codage par les neurones du système nerveux. La seconde partie concerne le montage d'un microscope par nappe laser appliqué à l'enregistrement de l'activité neuronale d¿une larve de poisson-zèbre. Le but est de se doter d'un outil permettant d'observer la totalité de la chaîne de transmission de l'information mécano-sensorielle : du récepteur au cerveau. Les poissons sont génétiquement modifiés pour exprimer le rapporteur calcique GCaMP3 dans chacun de leurs neurones. Le microscope à nappe laser, où l'éclairement du spécimen se fait par le côté avec un faisceau laser scanné et l'observation se fait par le dessus selon un axe perpendiculaire au plan d'éclairement, permet d'augmenter à la fois la fréquence de prise d'images et la taille du champ enregistré par rapport aux techniques usuelles (microscope confocal ou 2-photons). Ces gains sont mis à profit pour étudier les corrélations entre les signaux de neurones distribués dans l'ensemble du cerveau de la larve du poisson-zèbre, et mettre directement à jour les sous-réseaux à l'œuvre au cours de l'activité cérébrale.

L'objectif de notre travail est de comprendre la contribution relative des voies de signalisation précoces du TCR et de CD28 dans l'activation des lymphocytes T naïfs. Notre étude a d'abord montré que dans les cellules T CD4+ naïves, la stimulation du TCR augmente de manière significative la liaison en deux dimensions (2D) de CD28 avec ses ligands B7, et ceci dépend à la fois du domaine cytoplasmique de CD28 et de l'activité des src kinases. Par la suite, notre analyse biochimique a démontré que l'engagement du TCR par son ligand (CMHp) potentialise la phosphorylation de CD28 stimulée par son ligand B7. En outre, la stimulation conjointe du TCR et de CD28 augmente fortement la phosphorylation des protéines de signalisation proximales telles que les molécules Vav-1 et PLCγ-1. Nous avons également examiné la mobilisation des ions calcique (Ca++). Nous avons trouvé que l'engagement du TCR ou de CD28 seul est capable de déclencher une élévation de la concentration intracellulaire d'ions Ca++ dans des cellules T naïves. Cette élévation qui se caractérise par de fortes fluctuations de la concentration calcique impliquerait principalement 2 types de canaux calciques de la membrane plasmique. De façon attendue, une stimulation conjointe des lymphocytes par le TCR et CD28 augmente l'amplitude moyenne de la réponse calcique. Nos données ont révélé que seule une stimulation conjointe, et non individuelle, du TCR et de CD28 augmente significativement le temps de résidence du Ca++ libres fluctuants par rapport aux cellules non stimulées. Par conséquent, cette augmentation du temps de résidence caractérise spécifiquement la réponse calcique induite par TCR et CD28. / In this work, we aimed at determining the relationship between and specific contribution of TCR and CD28 early signaling pathways in naïve CD4+ T cell activation. Our data showed that in naïve CD4+ T cells, TCR stimulation significantly increased the 2D binding of CD28 to its B7 ligands and this increase depended on both cytoplasmic tail of CD28 and activity of src kinases. Our biochemical analysis then demonstrated that TCR engagement with its ligand pMHC strongly enhanced the CD28 tyrosine phosphorylation triggered by B7. Moreover, the conjoint stimulation of TCR and CD28 markedly augmented activation of proximal signaling molecules such like Vav-1 and PLCγ-1 compared to the stimulation with each receptor alone. We next went to examine the calcium ion (Ca2+) mobilization. We found that in naïve CD4+ T cells, engagement with ligand of TCR or CD28 alone was able to trigger rise of the fluctuating cytosolic-free Ca2+ level. Unexpectedly, such rises implicated predominantly the involvements of two different types of calcium channels: Cav and CRAC channels. The conjoint stimulation with both TCR and CD28 enabled the augment of average amplitude of the calcium response. Through the time series analysis, our data unveiled that the conjoint, but not separate, TCR and CD28 stimulation in naïve CD4+ T cells significantly increased the fluctuating cytosolic-free Ca2+ dwell time relative to that found in unstimulated cells. The increase of the cytosolic-free Ca2+ dwell time therefore uniquely characterized the calcium response triggered by TCR and CD28 and presumably corresponded to a fundamental feature for the high efficiency of T cell activation induction.

Gliotransmitters dérivés de l'astrocyte glutamate et l'ATP modulent l'activité neuronale. Cependant, il reste à savoir comment les astrocytes contrôlent la libération et coordonnent les actions de ces gliotransmetteurs. Dans la première partie de ma thèse, en utilisant l'expression transgénique de la canalrhodopsine 2 (ChR2) sensible à la lumière dans les astrocytes, nous avons observé que la photostimulation augmentait de manière fiable le potentiel d'action des neurones pyramidaux de l'hippocampe. Cette excitation repose principalement sur une libération de glutamate dépendant du Ca2+ par les astrocytes qui active les NMDR neuronaux extrasynaptiques. Remarquablement, nos résultats montrent que l'augmentation de Ca2+ induite par ChR2 et la libération ultérieure de glutamate sont amplifiées par l'activation autocrine induite par l'ATP/ADP des récepteurs P2Y1 sur les astrocytes. Ainsi, l'excitation neuronale est favorisée par une action synergique de la signalisation glutamatergique et purinergique autocrine dans les astrocytes. Ce nouveau mécanisme peut être particulièrement pertinent pour les conditions pathologiques dans lesquelles la concentration extracellulaire d'ATP est augmentée et agit comme un signal de danger majeur. Dans la seconde partie de ma thèse, nous rapportons que la photostimulation sélective des astrocytes ChR2 dans le gyrus denté facilite la transmission synaptique excitatrice sur les cellules granulaires via l'activation des NMDR pré-synaptiques contenant GluN2B. De plus, nous avons découvert que l'élévation intracellulaire du Ca2+ induite par l'ATP et dérivée de l'ATP contrôlait étroitement la libération du glutamate par les astrocytes au cours de la photostimulation des astrocytes. Nos résultats fournissent des preuves d'une relation étroite entre l'ATP dérivé d'astrocyte et le glutamate. / Astrocyte-derived gliotransmitters glutamate and ATP modulate neuronal activity. It remains unclear, however, how astrocytes control the release and coordinate the actions of these gliotransmitters. In the first part of my thesis, using transgenic expression of the light-sensitive channelrhodopsin 2 (ChR2) in astrocytes, we observed that photostimulation reliably increases action potential firing of hippocampal pyramidal neurons. This excitation relies primarily on a Ca2+-dependent glutamate release by astrocytes that activates neuronal extra-synaptic NMDRs. Remarkably, our results show that ChR2-induced Ca2+ increase and subsequent glutamate release are amplified by ATP/ADP-mediated autocrine activation of P2Y1 receptors on astrocytes. Thus, neuronal excitation is promoted by a synergistic action of glutamatergic and autocrine purinergic signaling in astrocytes. This new mechanism may be particularly relevant for pathological conditions in which ATP extracellular concentration is increased and acts as a major danger signal. In the second part of my thesis, we report that selective photostimulation ChR2 positive astrocytes in dentate gyrus facilitates excitatory synaptic transmission onto granule cells via the activation of pre-synaptic GluN2B-containing NMDRs. Moreover, we discovered that astrocyte-derived ATP-mediated intracellular Ca2+ elevation tightly controls glutamate release from astrocytes during astrocyte photostimulation. Our results provide evidence for a close relationship between astrocytic-derived ATP and glutamate.