La cellule cardiaque requiert un apport énergétique conséquent qui exige une production et un transfert énergétiques efficaces. Si la production de l'énergie dépend essentiellement des propriétés intrinsèques des mitochondries, il semblerait que l'efficacité du transfert d'énergie du site de production vers les sites consommateurs (ATPases) pourrait être liée à l'architecture spécifique du cardiomyocyte qui conduit à une organisation spatiale singulière des structures internes (mitochondries, réticulum sarcoplasmique, myofilaments). Pour comprendre ce qui lie la cytoarchitecture, la compartimentation cellulaire et la fonction contractile, il a été entrepris d'étudier l'architecture cellulaire et la signalisation énergétique de cardiomyocytes au cours du processus de maturation de la cytoarchitecture et dans un modèle présentant une désorganisation des structures intracellulaires. La première partie de ce travail, réalisée durant le développement postnatal de la souris, a permis de démontré qu'il existe une synchronisation parfaite entre la mise en place de la cytoarchitecture et la maturation fonctionnelle du transfert d'énergie par canalisation directe des nucléotides adényliques entre les mitochondries et les ATPases. Si cette étude apporte un élément qui tendrait à démontrer l'implication de l'architecture cellulaire dans l'efficacité des transferts d'énergie, elle a également mis en avant la maturation très précoce de l'énergétique cellulaire. La mitochondrie faisant partie intégrante de cette architecture et étant modelée par des mécanismes de fusion et de fission, la deuxième étape de ce travail de thèse a consisté à étudier l'implication de la morphologie mitochondriale dans l'énergétique du cardiomyocyte. Il a ainsi été montré que, chez la souris, la diminution d'expression de la protéine OPA1, impliquée dans la fusion mitochondriale, conduit à des perturbations de la morphologie mitochondriale qui n'affectent pas la fonction intrinsèque mitochondriale mais qui altèrent le système de canalisation directe entre les mitochondries et les ATPases des myofilaments. De manière générale, ces résultats démontrent clairement une dépendance des transferts d'énergie à l'architecture cellulaire spécifique de la cellule musculaire cardiaque.

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

La cellule cardiaque requiert un apport énergétique conséquent qui exige une production et un transfert énergétiques efficaces. Si la production de l’énergie dépend essentiellement des propriétés intrinsèques des mitochondries, il semblerait que l’efficacité du transfert d’énergie du site de production vers les sites consommateurs (ATPases) pourrait être liée à l’architecture spécifique du cardiomyocyte qui conduit à une organisation spatiale singulière des structures internes (mitochondries, réticulum sarcoplasmique, myofilaments). Pour comprendre ce qui lie la cytoarchitecture, la compartimentation cellulaire et la fonction contractile, il a été entrepris d’étudier l’architecture cellulaire et la signalisation énergétique de cardiomyocytes au cours du processus de maturation de la cytoarchitecture et dans un modèle présentant une désorganisation des structures intracellulaires. La première partie de ce travail, réalisée durant le développement postnatal de la souris, a permis de démontré qu’il existe une synchronisation parfaite entre la mise en place de la cytoarchitecture et la maturation fonctionnelle du transfert d’énergie par canalisation directe des nucléotides adényliques entre les mitochondries et les ATPases. Si cette étude apporte un élément qui tendrait à démontrer l’implication de l’architecture cellulaire dans l’efficacité des transferts d’énergie, elle a également mis en avant la maturation très précoce de l’énergétique cellulaire. La mitochondrie faisant partie intégrante de cette architecture et étant modelée par des mécanismes de fusion et de fission, la deuxième étape de ce travail de thèse a consisté à étudier l’implication de la morphologie mitochondriale dans l’énergétique du cardiomyocyte. Il a ainsi été montré que, chez la souris, la diminution d’expression de la protéine OPA1, impliquée dans la fusion mitochondriale, conduit à des perturbations de la morphologie mitochondriale qui n’affectent pas la fonction intrinsèque mitochondriale mais qui altèrent le système de canalisation directe entre les mitochondries et les ATPases des myofilaments. De manière générale, ces résultats démontrent clairement une dépendance des transferts d’énergie à l’architecture cellulaire spécifique de la cellule musculaire cardiaque. / The cardiac cell function requires a large amount of energy and therefore needs a high efficiency of energetic production and energetic transfer. While the energy production depends on the intrinsic properties of the mitochondria, it appears that the efficiency of energetic transfers from the main producers (mitochondria) to consumers (ATPases) could be related to the specific architecture of the cardiomyocyte, which ensures a unique spatial organization of internal structures (mitochondria, sarcoplasmic reticulum, myofilaments). In order to reveal the role of mitochondrial network organization in cardiac energy metabolism, we studied the cellular architecture and the energetic signalling of cardiomyocytes in the process of maturation of the cytoarchitecture and in a model which exhibits a perturbation of the mitochondrial dynamics. The first part of this work, which was performed during postnatal development of the mouse, showed the perfect synchronisation between the establishment of the cytoarchitecture and the maturation of the transfer of energy by direct channelling of adenine nucleotides between mitochondria and ATPases. While this study provides an element which would demonstrate the involvement of cellular architecture in the efficiency of energy transfer, it also highlighted the very early maturation of the energetic system of the cell. Knowing that the mitochondria are an integral part of the cell architecture and that the mitochondrial network is controlled by fusion and fission mechanisms, the second step of this work consisted in investigating the involvement of mitochondrial dynamics in cardiomyocyte energetics. Our work has shown that a decrease in expression of OPA1, a protein responsible for mitochondrial fusion, leads to disruption of mitochondrial morphology which does not affect intrinsic mitochondrial function but affects the direct channelling of ATP and ADP between mitochondria and ATPases of the myofilaments. Overall, these results clearly demonstrate that energy transfer in cardiomyocytes strictly depends on specific cellular architecture.

Dans cette étude, nous avons utilisé un modèle de souris permettant d’induire des lésions de sévérité variable afin de mimer différentes anomalies de la myéline du cerveau que l'on peut rencontrer chez l'homme. La perte des OLs a été de 80% après 2 semaines de traitement au GCV (GCV1-14). Après l'arrêt du traitement, les processus de récupération ont conduit à une augmentation significative de la population OLs à 80% à la semaine 6 (W6). L’extension du traitement GCV à 3 semaines (GCV1-21) a entraîné une perte de 85% de la population OLs. Cependant la récupération est limitée et reste à 40% du niveau de contrôle à W6. Nous avons remarqué une augmentation rapide (de 2 fois) des cellules Olig2+ chez la souris GCV1-14 contre les souris GCV1-21 (de 1,5 fois) à W4. Nos résultats ont montré une augmentation significative des cellules Olig2-phosphorylé chez la souris GCV1-14 entre W3 et W4 après l'arrêt du traitement GCV. A l'opposé, dans le modèle GCV1-21, un très faible niveau de Olig2 phosphorylé a été observé. Nous avons observé des modifications transitoires dans l’expression de NgR et Caspr mais l’expression de P75 reste inchangée. Ensemble, ces résultats suggèrent que la reprise du déficit myéline du cerveau au cours du développement postnatal dépend de régénération suffisante des oligodendrocytes dans un laps de temps défini pour la myélinisation normale. / Abnormalities of myelination during brain development are thought to result in neurologic and psychiatric disorders. We tested the developmental time window required for oligodendrocyte generation and myelin formation in the central nervous system, using a transgenic mouse harboring HSV1-TK and eGFP genes under the control of MBP and PLP promoters respectively, to carry out the conditional ablation of oligodendrocytes. The first ablation program comprised daily injection of ganciclovir (GCV) for two weeks (GCV1-14) to induce a reversible myelin recovery. The second program comprised GCV injection for 3 weeks (GCV1-21) to create a model of irreversible myelin recovery. GCV1-14 model presented 85% reduction of oligodendrocytes at week 2 (W2) and significantly increased recovery of oligodendrocytes and myelin at W4, then slower recuperation in the following weeks after the arrest of GCV treatment. Similarly, GCV treatment for three weeks (GCV1-21) induced severe deficiency of oligodrndocytes (90%) and myelin at W3. Contrasting the GCV1-14 program, only 40-50% of oligodendrocyte population was recovered at W6 and brain remained severely deficient in myelin. Moreover, no significant recovery was observed during the following weeks and myelin at W4, then slower recuperation in the following weeks after the arrest of GCV treatment. Similarly, GCV treatment for three weeks (GCV1-21) induced severe deficiency of oligodrndocytes (90%) and myelin at W3. Contrasting the GCV1-14 program, only 40-50% of oligodendrocyte population was recovered at W6 and brain remained severely deficient in myelin. Moreover, no significant recovery was observed during the following weeks and frequently ended with premature death of mice. Since no significant changes in the expression of axonal markers including neurofilaments, NgR, P75, Caspr and neurofascin186 were detected at W5 in the two models, we conclude that an intrinsic defect of oligodendrocyte regeneration at W3-W4 underlies the irreversible model. Significant number of phosphorylated Olig2+ cells was observed at W3 in reversible model in demyelinated corpus callosum while at the same time-point, this population is absent from control and irreversible model. At the same period, the proliferation index (Ki67) of Olig2+ cells is 8 fold higher in the corpus callosum of GCV1-14 model than the control and the irreversible model. Together, these findings suggest that recovery from myelin deficit during postnatal brain development depends on sufficient regeneration of oligodendrocytes within a defined time frame for normal myelination to occur.

Les cellules microgliales constituent la population de macrophages résidents du système nerveux central. De par leur appartenance au système immunitaire, elles furent longtemps considérées actives uniquement en conditions pathologiques. Au contraire, ces dernières décennies, elles sont apparues comme physiologiquement actives, notamment au cours de la période critique de formation du système nerveux central. Au cours du développement embryonnaire et postnatal, les neurones nouvellement générés migrent vers leur position définitive avant de développer leur arbre dendritique et axonal afin de former les connexions synaptiques à la base des réseaux nécessaires aux fonctions cérébrales. L'étude des microglies au cours de la période postnatale, a montré l'implication d'un mode de communication spécifique entre les neurones et la microglie, la voie Fractalkine/CX3CR1, dans la mise en place des cellules microgliales d'une part et dans le développement synaptique glutamatergique d'autre part. Cependant, l'importance de cette communication neurone-microglie pour le développement du système inhibiteur GABAergique est peu connue. Au cours de mon travail de thèse, je me suis intéressée au rôle de la voie de communication FractalKine/CX3CR1 dans la distribution des cellules microgliales et le développement postnatal du réseau GABAergique de l'Hippocampe. Nous avons ainsi montré que la suppression du récepteur microglial CX3CR1 induit une diminution du nombre de microglies dans la région CA3 de l'Hippocampe, dans une fenêtre temporelle précise entre 7 et 2 jours après la naissance. Cette diminution du nombre de microglies est corrélée avec une altération de l'activité de réseau au niveau de cette région. En effet, la fréquence des GDPs (Giant Depolarizing Potentials), une activité de réseau impliquée dans la formation et la maturation des synapses et spécifiquement générée en CA3, est diminuée à la fin de la première semaine postnatale. De plus, malgré l'absence de modification majeure de l'activité synaptique glutamatergique et GABAergique, les évènements postsynaptiques GABAergiques présentent une sous population d'évènements plus amples et des cinétiques légèrement plus rapides, pouvant suggérer une modification de la population d'interneurones mis en jeu. L'ensemble de mon travail de thèse met en évidence l'impact de la communication neurone-microglie par la voie Fractalkine/CX3CR1 sur le développement postnatal de l'Hippocampe Son absence affecte d'une part, la colonisation microgliale, et d'autre part, une activité de réseau caractéristique de l'Hippocampe, dans une fenêtre temporelle critique pour la mise en place des connexions synaptiques et la formation des réseaux neuronaux . / Microglial cells, the resident macrophages of the central nervous system, were mainly studied for their role in pathological conditions, but they recently appeared to be involved in synaptic development and circuits formation during postnatal period. During this critical period, microglial cells colonize the central nervous system and interact with other cell types, including neurons. A specific way of communication between neurons and microglia involves neuronal released fractalkine (CX3CL1) and its specific microglial receptor CX3CR1. CX3CR1 KO mice contributed to unclose microglial role during development. Indeed, CX3CR1 ablation alters microglia distribution in the brain, and it affects glutamatergic transmission and synapse maturation. However, these effects seem to be transient and brain region specific and their mechanisms are poorly understood. Furthermore, some effects observed in juvenile or adult mice may have origin during development, when neuronal connections are established. GABA plays a fundamental role in this process since it is excitatory The influence of neuron.microglia interaction on neuronal activity in the hippocampus during this period is poorly understood. In particular, nothing is known on GABAergic activity, known to be synaptogenic during this period My PhD project aimed at investigating how the signaling fractalkine pathway impacts microglial coloniation of the hippocampus and neuronal activity during the first two postnatal weeks. Our results indicate that in CX3XR1KO mice there is a reduction in the density of microglial cells at P7-P9 in the CA3 hippocampal area, accompanied at P7 by a significant reduction of frequency of Giant Depolarizing Potentials (GDPs), a network activity involved in hippocampal synapse formation and maturation Furthermore, despite no overall difference in glutamatergic or GABAergic synaptic activity, GABAergic events display a subpopulation of larger events, and the kinetics was slightly faster. Thus, the disruption of the specific neuronal.microglia signaling pathway on one hand impacts the microglia coloniation of the hippocampus and on the other hands affects specifically neuronal network activity during a time window critical for the establishment of neuronal connections.

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.

Les premières semaines postnatales sont essentielles pour le développement de la sensibilité à la douleur et sont associées à une réorganisation structurelle et fonctionnelle des systèmes sensoriels. Les interneurones localisés dans la couche II interne (IIi) du sous noyau caudal du trijumeau (Sp5C), premier relais de l’information tactile et nociceptive orofaciale, sont des éléments clés des circuits responsables de l’allodynie mécanique orofaciale. L’objectif de ce travail de thèse est d’étudier le développement postnatal, à la fois morphologique (en utilisant l’immunohistochimie et l’analyse morphologique tridimensionnelle) et fonctionnel (enregistrements en patch-clamp sur tranches de Sp5C), de ces interneurones. Nous nous sommes d’abord intéressés à une population très particulière d’interneurones de la couche IIi, qui expriment l’isoforme gamma de la protéine kinase C (PKCγ). Au stade le plus précoce de notre étude (3 jours postnataux, P3), les interneurones PKCγ sont présents dans toutes les couches superficielles sauf, précisément, la couche IIi. Ce n’est qu’à P6 que les premiers interneurones PKCγ peuvent être observés dans cette couche. Leur nombre y croît ensuite progressivement jusqu’à P11-15. A cet âge, leur nombre dans la couche IIi est quasiment identique à celui observé aux âges plus tardifs. De plus, nous montrons que cette augmentation du nombre d’interneurones PKCγ dans la couche IIi n’est liée ni à une prolifération cellulaire ni à l’arrivée progressive des fibres afférentes nociceptives dans le Sp5C. Nous avons également étudié le développement des interneurones de la couche IIi dans leur ensemble. Ces neurones sont l’objet d’un grand nombre de changements morphologiques, aussi bien au niveau de leur soma (augmentation du volume) que de leurs neurites (augmentation de leur longueur combinée à une diminution de leur nombre et de leurs ramifications). Sur le plan fonctionnel, les neurones de la couche IIi, à la naissance, sont plus dépolarisés, ont une rhéobase plus basse – ils seraient donc plus excitables – et montrent plus fréquemment un profil de décharge avec un seul potentiel d’action, comparés aux mêmes interneurones chez l’adulte.Toutes ces modifications structurelles et fonctionnelles des interneurones de la couche IIi du Sp5C pourraient contribuer au développement de la sensibilité orofaciale. / The first postnatal weeks are pivotal for the development of pain sensitivity and are associated with structural and functional reorganization of sensory systems. Interneurons located in the inner part of lamina II(IIi) of the caudal trigeminal subnucleus (Sp5C), the first central node in orofacial tactile and nociceptive pathways, are key elements in circuits underlying the orofacial mechanical allodynia. The aim of this thesis is to study the morphological (by using immunohistochemistry and tridimensional morphological analysis) and functional (by using whole-cell patch-clamp recordings) postnatal development of these interneurons. First, we looked at a very specific population of lamina IIi interneurons expressing the gamma isoform of the protein kinase C (PKCγ). At the earliest stage of our study (3 postnatal days, P3), PKCγ interneurons are present in all superficial layers but PKCγ interneurons can be observed in lamina IIi only at P6. The number of PKCγ interneurons within this lamina then increases gradually up to P11-15. At this age, the number of PKCγ interneurons in lamina IIi is almost the same as that at later ages. Interestingly, we show that neither cell proliferation nor the gradual projection of nociceptive fibers within the Sp5C accounts for such increase. We also studied the development of the whole population of lamina IIi interneurons. These interneurons undergo a large number of morphological changes, in their soma (increased volume) as well as neurites (concomitant increase in length and decrease in number and branching). Furthermore, according to electrophysiological properties, lamina IIi interneurons, at birth, are more depolarized, have a lower rheobase – suggesting that they are more excitable – and exhibit more frequently a single action potential discharge profile compared with mature ones. All these structural and functional changes of lamina IIi interneurons might contribute to the development of orofacial sensitivity.

La régulation de l'adressage dendritique de la tyrosine hydroxylase (TH), l'enzyme limitante de la biosynthèse des catécholamines, permettrait de moduler avec précision l'étendue du territoire cérébral soumis à l'influence catécholaminergique et ainsi de moduler de nombreuses fonctions neurovégétatives et centrales. Ce type de régulation a notamment été observé au niveau des neurones catécholaminergiques du noyau du faisceau solitaire (NTS) et du locus coeruleus (LC), sans pour autant que les acteurs moléculaires et cellulaires impliqués n'aient été élucidés in vivo. Nous avons recherché si les angiotensines cérébrales pouvaient être potentiellement impliquées dans cette régulation, en utilisant le modèle du rat TGR(ASrAOGEN)680 (TGR), caractérisé par une inhibition de la synthèse du seul précurseur connu des angiotensines cérébrales, l'angiotensinogène astrocytaire. Nous avons mis en évidence une très forte diminution de la quantité de protéine TH dans le NTS et le LC chez ces rats, spécifiquement au cours de la 4ème semaine postnatale. Ce phénomène est notamment caractérisé par une accumulation de la protéine TH dans le corps cellulaire des neurones de ces deux structures et un blocage de son adressage dendritique, alors que le transport vers les aires de terminaisons est maintenu. Le blocage de l'adressage dendritique est associé à l'invalidation du processus de phosphorylation de la protéine MARCKS, voie de signalisation notamment induite par la stimulation du récepteur AT1 aux angiotensines qui avait été clairement impliquée in vitro dans le transport neuritique de la TH. L'étude de la répartition de la TH dans les aires de terminaison du LC à l'âge adulte a permis de montrer l'existence d'une hyper-innervation catécholaminergique du gyrus dentelé et des cortex frontal et cingulaire chez les rats TGR, vraisemblablement impliquée dans les altérations que nous avons observées de l'alternance des cycles d'éveil et de sommeil et de la réactivité à un stress de nouveauté. Ainsi, nos travaux révèlent que les angiotensines cérébrales sont impliquées à 4 semaines dans l'initiation de l'adressage dendritique de la protéine TH dans les neurones noradrénergiques, et de ce fait, dans la mise en place fonctionnelle du rétrocontrôle inhibiteur exercé par la noradrénaline libérée localement par les dendrites de ces neurones

Les acides aminés sont des molécules importantes pour la synthèse des protéines, la fourniture de substrats énergétiques ou la production de facteurs de régulation de l'activité cellulaire. L'ornithine aminotransférase {OAT} est une enzyme clef du métabolisme des acides aminés qui relie l'arginine, un acide aminé indispensable à la synthèse protéique au cours de la croissance, et le glutamate, la glutamine et l'a-cétoglutarate, qui peuvent être transformées en glucose. Nous nous sommes intéressés à la caractérisation biochimique de l'activité de l'OAT et à ses variations chez la souris, en utilisant deux contraintes physiologiques, le développement postnatal et l'exposition au froid. Au cours d'une première étude, nous avons caractérisé une activité OAT fonctionnelle dans tous les organes étudiés. Nous avons démontré l'existence d'un dimorphisme sexuel de l'activité, en faveur des femelles, dans la plupart des organes. Dans une seconde étude, nous avons montré des variations organe et sexe spécifiques de l'activité OAT au cours du développement postnatal en réponse aux besoins spécifiques en acides aminés : une régulation de l'expression de l'OAT par la testostérone et le changement de régime alimentaire lors du sevrage ; une contribution potentielle importante et insoupçonnée du muscle squelettique au métabolisme de l'ornithine. Enfin, nous avons mis en évidence que l'exposition au froid augmente ou diminue l'activité OAT de façon tissu-spécifique en liaison avec les besoins énergétiques de l'organisme. Nos résultats montrent que l'activité OAT est modulée dans les différents organes en fonction des besoins en acides aminés et en substrats. Cela suggère un rôle important du métabolisme des acides aminés dans les réponses adaptatives des organismes à leur environnement / Amino acids are important molecules for protein synthesis and energetic substrates supply. Ornithine aminotransferase {OAT} is a key enzyme of amino acids metabolism linking arginine, an essential amino acid for protein synthesis during growth, and glutamate, glutamine and alpha-ketoglutarate which could be converted into glucose. We principally focused on biochemical characterization of OAT activity and its variations in the mouse using two physiological constraints, postnatal development and cold exposition. During a first study, we characterized a functional OAT activity in all the males and females mice organs studied. We showed the existence of a sexual dimorphism of OAT activity in almost all the organs studied, with a higher OAT activity in females. ln a second study, we showed that the variations of OAT activity were organ and sex specific during the postnatal development in response to the specific needs in amino acids during the growth. We linked these variations to the regulation of OAT expression by testosterone and the change of the diet during weaning. We demonstrated an important and unsuspected contribution of skeletal muscles in pups' ornithine metabolism. Finally, we showed that cold exposition modulates OAT activity in a tissue specific way, in relation with energetic needs and the multiple roles of the substrates generated by the metabolic pathways of OAT. Our results show that in the different organs, OAT activity is modulated in function of amino acids needs, energetic substrates or detoxification needs of the organism during the different metabolic constraints. This is suggesting an important role for the amino acids metabolism in adaptive responses of organisms to their environment

Les modèles murins de la Sclérose Latérale Amyotrophique (SLA) ont permis des avancées dans la compréhension des mécanismes pouvant conduire à la mort sélective et progressive des motoneurones (Mns) mais ils présentent des disparités dans la sévérité et le décours temporel de la maladie. Parmi les hypothèses avancées figurent des modifications des propriétés intrinsèques des motoneurones conduisant à des modifications de l’excitabilité et de l’homéostasie du calcium intracellulaire et à la mort du motoneurone.Nous avons donc étudié les propriétés électrophysiologiques des Mns lombaires de souris SOD1G85R et SOD1G93A, deux modèles à faible nombre de copies du gène humain muté, durant les deux premières semaines postnatales afin d’identifier d’éventuelles anomalies pré-symptomatiques précoces. Nos travaux ont été réalisés sur deux préparations in vitro de moelle entière isolée et de tranches de moelle épinière. Les Mns mutants présentent, sur les deux types de préparations, une altération des propriétés du potentiel d’action se traduisant par un allongement de la durée associée à une diminution des vitesses maximales de dépolarisation et repolarisation et une réduction d’amplitude. Ces altérations apparaissent entre P2-P5 dans les Mns SOD1G85R et entre P6-P10 dans les Mns SOD1G93A et suggèrent une diminution de la densité des canaux sodiques et potassiques associés au potentiel d’action. Nous avons aussi observé sur des tranches de moelle épinière entre P6-P10 que le gain de fréquence des Mns SOD1G85R diminue et celui des SOD1G93A augmente sans aucune modification des densités des courants entrants persistants sodiques et calciques. On note également que, sur tranches de moelle épinière, les Mns SOD1G93A présentent un potentiel de repos diminué. En présence d’une surcharge calcique extracellulaire, les propriétés membranaires des Mns SOD1G85R entre P6-P10 sont moins affectées que celles des Mns témoins. Les effets différentiels de cette surcharge peuvent être dus à des modifications différentes de la dépendance au voltage des canaux voltage-dépendants et/ou à la modulation de certains types de canaux activés par le calcium extracellulaire. Une arborisation dendritique plus ramifiée que celle de Mns témoins, comparable à celle précédemment décrite dans les Mns SOD1G85R, a été observée dans les Mns SOD1G93A à P8-P9 avec des altérations du potentiel d’action citées plus haut et une réduction de la rhéobase. Ces altérations morphologiques et électriques pourraient indiquer des modifications de cinétiques et/ou de densités de canaux sur des sites différents dans ces Mns. Nos travaux montrent donc, d’une part que les mutations SOD1G85R et SOD1G93A induisent dans ces deux modèles murins des altérations des propriétés des Mns lombaires comparables mais décalées dans le temps et d’autre part que certaines altérations semblent être spécifiques à une mutation SOD1 donnée. / The SOD1 murine models of Amyotrophic Lateral Sclerosis (ALS) allowed major progress in the understanding of mechanisms which could lead to a selective loss of motoneurons (Mns), but these models display differences in the severity and time course of the disease. Changes in intrinsic properties of motoneurons may induce changes in excitability and intracellular calcium homeostasis leading to motoneuron death.Therefore, we studied electrophysiological properties of lumbar Mns from SOD1G85R and SOD1G93A mice, low expressor lines, during the first two postnatal weeks in order to identify possible early presymptomatic abnormalities. Our studies were carried out on two in vitro preparations: the whole isolated spinal cord and acute spinal cord slices. Mutant Mns display, in the two preparations, a modified action potential characterized by an increased duration due to a decrease of the maximal speeds of depolarisation and repolarisation and a reduction of the spike amplitude. These alterations appeared between P2-P5 in SOD1G85R Mns and between P6-P10 in SOD1G93A Mns and suggest a decrease of the density of sodium and potassium channels related to action potential. We also showed on spinal cord slices between P6-P10 that the gain of frequency decreases for SOD1G85R Mns and increases for SOD1G93A Mns without any change in the density of persistent inward sodium or calcium currents in these different mutant Mns. We observed also that the resting membrane potential of SOD1G93A Mns on spinal cord slices is decreased. The membrane properties of SOD1G85R Mns between P6-P10 were less susceptible to changes in presence of an extracellular calcium overload. Differential effects of this extracellular calcium overload on membrane properties of WT and SOD1G85R Mns could be due to different alterations of the potential dependence of voltage-gated channels and/or to the modulation of some types of channels sensitive to extracellular calcium. An over-branching of dendritic arborization, similar to that previously described in SOD1G85R Mns, was observed in SOD1G93A at P8-P9 with the above-mentioned action potential alterations and a weak rheobasic current. These morphogical and electrical changes could indicate together alterations of kinetics and/or density of channels on different sites on these Mns. In conclusion, our work shows on one hand that SOD1G85R and SOD1G93A mutations induce similar alterations of lumbar Mns properties but time-shifted in these two murine models and on the other hand that some alterations seem to be specific to a given SOD1 mutation.