Reproduction de : Thèse de doctorat : Neurosciences pharmacologiques : Metz : 2002. / Titre provenant de l'écran-titre. Notes bibliographiques.

Thèse de doctorat : SCIENCES MEDICALES : Metz : 1999. / 1999METZ037S. 99 ref.

Thèse doctorat : Médecine. Neuropsychopharmacologie : Université de Nantes : 2003. / Bibliogr. f. 161-187.

Thèse de doctorat : Médecine. Neuropsychopharmacologie : Université de Nantes : 2006. / Bibliogr.

Dans la maladie de Parkinson, un déficit d'activité électrique serait impliqué dans le processus de dégénérescence des neurones dopaminergiques (DA) de la substance noire. Or des structures non-DA, en particulier les neurones cholinergiques du noyau pédonculopontin (PPN) et orexinergiques de l'hypothalamus, sont affectés dans la pathologie. Ces neurones étant la source d'une innervation excitatrice pour les neurones DA, un déficit de ces inputs chez les patients pourrait jouer un rôle clé dans la progression de la perte DA. Le premier but de ce projet était d'évaluer l'impact d'une lésion des neurones cholinergiques du PPN sur la survie des neurones DA nigraux de rats et de macaques sains et parkinsoniens. Nous avons montré que 1) une déafférentation cholinergique induit une atrophie neuronale voire une dégénérescence DA, 2) une lésion DA induit une perte de neurones cholinergiques du PPN, et 3) combiner une lésion cholinergique du PPN à une lésion DA induit une exacerbation des pertes neuronales dans les deux systèmes. Enfin, le taux de dégénérescence DA est corrélé à l'intensité de la perte des neurones cholinergiques. Nos résultats confirment que le PPN joue un rôle clé dans la physiopathologie de la maladie de Parkinson et démontrent la forte interrelation existant entre ces deux systèmes. Concernant le système orexinergique, nous montrons que les fibres sont en position de moduler l'activité des neurones DA, mais qu'une lésion sélective du système DA chez le macaque n'est pas suffisante pour induire la mort des neurones à orexine. Ces résultats suggèrent que l'atteinte du système orexinergique chez des patients parkinsoniens pourrait résulter de lésions non-DA. / In Parkinson’s disease, there is evidence that dopaminergic (DA) neurons of the substantia nigra degenerate when they become electrically less active. Many non-DA structures including cholinergic neurons of the pedunculopontine nucleus (PPN) and orexinergic neurons of the hypothalamus, are also degenerating. Since these non-DA neurons are sources of excitatory inputs to the nigral DA neurons, their lesion in parkinsonian patients might play a key role in the progression of DA neuronal death. The first goal of this study was to evaluate the effect of a cholinergic PPN lesion on the survival of nigral DA neurons in healthy and parkinsonian rats and macaques. We found that 1) a PPN cholinergic lesion induced neuronal atrophy and death; 2) a DA lesion alone resulted in a loss of PPN cholinergic neurons; and 3) adding a PPN cholinergic lesion to a DA lesion in rats when the process of DA degeneration was in progress exacerbated neuronal losses in both systems. Last, the rate of DA degeneration was highly correlated to the level of cholinergic loss. Our results highlight the key role of the PPN in the physiopathology of Parkinson’s disease and clearly demonstrate strong reciprocal interactions with nigral DA neurons. The second aim of our study was to focus on the hypothalamic orexinergic system using a morphological approach in macaques. We show that orexinergic fibers are in position to modulate DA neurons activity. However, a relatively selective DA lesion in macaques was not sufficient to induce death of the orexinergic neurons. These data suggest that the loss of orexinergic neurons observed in parkinsonian patients likely results from non-DA lesions.

Les homéoprotéines sont des facteurs de transcription qui en plus de leur rôle important durant le développement des métazoaires, bénéficient de fonctions autonome et non autonome-cellulaire dans le cerveau adulte. Parmi ces homéoprotéines, Engrailed1/2 (collectivement Engrailed) est exprimée dans les neurones dopaminergiques mésencéphaliques adulte, ceux-là même qui dégénèrent dans la maladie de Parkinson. Chez les souris délétées d’une copie du gène (En1+/-), une dégénérescence progressive des neurones dopaminergiques s’accompagne de symptômes moteurs et non moteurs rappelant la maladie de Parkinson, ce qui pourrait faire de ces souris un modèle nouveau et intéressant de cette maladie neurodégénérative. Des expériences de transduction de la protéine En1 dans les cellules du mésencéphale de souris démontrent son effet neuroprotecteur dans des modèles toxicologiques de la maladie de Parkinson et chez les souris En1+/-, menant à l’hypothèse qu’Engrailed est important dans la physiopathologie de cette maladie. L’essentiel de ce travail de thèse s’inscrit dans la compréhension des mécanismes d’action de l’homéoprotéine Engrailed dans les neurones dopaminergiques mésencéphaliques. L’activité physiologique importante de ces neurones et le stress métabolique oxydant qui est généré touche plusieurs compartiments cellulaires, dont le noyau. La stabilité du génome semble être un aspect majeur de l’action d’Engrailed dans ces neurones. D’abord contre les effets délétères du stress oxydatif sur l’intégrité de l’ADN et la structure de la chromatine, ensuite, contre l’activité génotoxique des éléments transposables LINE-1. / Homeoproteins are a major class of transcription factors that exert some of their functions through non-cell autonomous activity, due to their ability to transfer between cells. Two of these homeoproteins, En1 and En2 (collectively Engrailed) are responsible for midbrain dopaminergic (mDA) neuron development, and maintenance during adulthood. En1+/- mice display a selective and progressive degeneration of the mDA neurons, reminiscent of Parkinson disease (PD). Engrailed infusion confers neurotection against cell death in several mouse models of PD, leading to the hypothesis that Engrailed could be implicated in the physiopathology of the disease. To dissect the mechanisms underlying Engrailed-mediated protection, the transcriptome of mDA neurons in En1+/- was analyzed. It was found that the loss of one En1 allele leads to severe alterations in the expression of DNA damage response and chromatin remodeling genes. The same alterations were detected and amplified in an acute mouse model of oxidative stress, suggesting that mDA neurons from En1+/- mice are less resistant to oxidative stress and, conversely, that Engrailed may protect them against oxidative stress. Indeed, Engrailed transduction into mDA neurons saves them from cell death and restores all DNA damage and epigenetic marks. A second mechanism neuroprotection by Engrailed concerns LINE-1 elements. These retrotransposons have the ability to create genomic instability through their endonuclease activity. Their direct repression by Engrailed could be part of a general protective activity against genomic instability.

Le profil d'activité des neurones dopaminergiques semble fortement évoluer au cours des premières semaines post-natales, faisant intervenir des modifications des propriétés intrinsèques et synaptiques, mais la connaissance des mécanismes à l'origine de ces changements et de leur cinétique est encore parcellaire.Dans un premier article, nous avons caractérisé le profil d'expression des sous-unités des principaux canaux ioniques sensibles au potentiel somato-dendritiques des neurones dopaminergiques au cours des premières semaines de développement post-natal. Nous avons pu décrire les principaux changements d'expression de ces canaux entre P6, P21 et P40. Dans un second article, nous avons défini l'évolution du comportement électrophysiologique des neurones dopaminergiques lors des 4 premières semaines postnatales. Nous avons pu montrer que l'acquisition du phénotype électrique "mature" des neurones dopaminergiques implique essentiellement deux transitions développementales, intervenant respectivement entre P3 et P5 puis entre P9 et P11.Enfin dans une troisième étude, nous avons tenté de déterminer les principaux changements morphologiques intervenant au cours des premières semaines post-natales et de définir leur impact sur le profil électrophysiologique des neurones dopaminergiques. Nos résultats suggèrent que la morphologie de l'axone et du segment initial de l'axone changent fortement au cours des trois premières semaines post-natales.Nous avons ainsi pu caractériser les principales transitions développementales intervenant dans l'acquisition du phénotype électrique des neurones dopaminergiques ainsi que les changements morphologiques et biophysiques associés. / The firing pattern of dopaminergic neurons seems to strongly evolve during the first postnatal weeks, involving changes in intrinsic and synaptic properties, but our knowledge of the mechanisms underlying these changes and their precise timecourse is still fragmented.In a first study, we characterized the expression profile of several somato-dendritic voltage-gated ion channels in dopaminergic neurons during postnatal development. Our results describe the major changes in expression of these ion channels occurring between P6, P21 and P40.In a second study, we described the modifications in electrophysiological behavior of dopaminergic neurons across the first four postnatal weeks. We show that the acquisition of the mature electrical phenotype of dopaminergic neurons mainly involves two developmental transitions occurring between P3 and P5 and then between P9 and P11, respectively.Finally, in a third study, we attempted to define the major morphological changes occurring during early postnatal development and to measure their impact on the electrophysiological profile of dopaminergic neurons. Our results suggest that the morphology of the axon and the axon initial segment strongly change during the first three postnatal weeks, even though these changes do not seem to significantly influence the excitability of dopaminergic neurons or the shape of their action potential.We were able to characterize the main developmental transitions leading to the acquisition of the mature electrical phenotype of dopaminergic neurons, and to describe some of the biophysical and morphological changes associated with this electrophysiological maturation.

L'apprentissage moteur est un type d'apprentissage procédural représenté par l'acquisition progressive d'une habileté motrice ou sensorimotrice. Ce genre d'apprentissage implique des expositions répétées à une tâche ou à une situation invariable. Les substrats anatomiques sous-jacents à l'apprentissage moteur sont de mieux en mieux documentés. Certains auteurs suggèrent que le striatum est impliqué dans un processus de modification des programmes moteurs en fonction des paramètres de la situation. Des résultats obtenus au cours des dernières années suggèrent un rôle déterminant de la dopamine dans ce processus d'apprentissage. Les deux articles proposés dans le cadre de cette thèse visent à préciser ce phénomène en étudiant le rôle du système dopaminergique nigrostrié dans l'apprentissage moteur. Le premier article évalue les capacités d'apprentissage moteur de patients schizophrènes traités soit avec de l'halopéridol (un antipsychotique classique) ou avec de l'olanzapine (un antipsychotique atypique). Les capacités d'apprentissage de ces patients sont évaluées par l'entremise d'une tâche de poursuite rotative. Les résultats obtenus sont mis en relation avec une mesure in vivo du niveau de saturation des récepteurs dopaminergiques D₂ du striatum. Le niveau de saturation des récepteurs dopaminergiques est évalué grâce à un examen tomographique par émission monophotonique (TEMP) couplé à l'administration d'Iodine 123-iodobenzamide (¹²³ I-IBZM). Les résultats obtenus montrent que les capacités d'apprentissage moteur des patients traités avec halopéridol sont affectées en comparaison de celles de sujets contrôles. Aucune différence n'est remarquée lorsque la performance des patients traités avec olanzapine est comparée à celle des sujets du groupe contrôle. Dans le groupe halopéridol, une corrélation significative est observée entre les déficits d'apprentissage moteur et le niveau d'occupation des récepteurs D₂ du striatum. Dans le second article, l'impact de la médication dopaminergique sur les capacités d'adaptation sensorimotrice de patients parkinsoniens est étudié. Les patients sont évalués avec et sans leur régime habituel de lévodopa à un délai test re-test de 24 heures. Cette étude permet de préciser le rôle de la déplétion dopaminergique nigrostriatale. Sur le plan fonctionnel, cette étude s'intéresse également à l'hypothèse d'une implication dopaminergique striatale dans le processus d'inhibition des anciens mouvements au profit des nouveaux, qui sont mieux adaptés. Les résultats obtenus montrent que les patients persistent à effectuer les mouvements anciens lorsqu'ils sont privés de lévodopa. Ces sujets s'adaptent peu à la tâche malgré les essais répétés. Ce phénomène n'apparaît pas si le traitement dopaminergique est réinstauré. De façon générale, les résultats obtenus dans le cadre de ces études montrent un lien direct et un rôle prépondérant de la dopamine striatale dans l'apprentissage de séquences motrices et dans l'adaptation sensorimotrice. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Apprentissage moteur, Apprentissage de séquences motrices, Adaptation sensorimotrice, SPECT, Dopamine, Récepteurs D2, Striatum, Schizophrénie, Maladie de Parkinson, Neuroleptiques, Lévodopa.

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

La synapse glutamatergique assure la majeure partie de la transmission excitatrice du cerveau et des changements de sa force constituent un corrélat cellulaire des processus d’apprentissage et de mémoire. Ces processus adaptatifs nécessitent souvent l’activation des récepteurs ionotropiques au glutamate de type NMDA (NMDAR) et l’influx calcique dans le compartiment postsynaptique qui suit leur ouverture. Jusqu’alors, l’activation des voix de signalisations sous-jacentes était considérée comme le seul mécanisme essentiel à la plasticité synaptique. Il est apparu récemment que les NMDAR diffusent à la surface des neurones, assurant un remodelage dynamique de leur distribution. La possibilité que la dynamique de surface des NMDAR joue un rôle déterminant dans les propriétés plastiques des synapses a donc émergé. Au cours de ma thèse, je me suis intéressé à cette problématique à l’aide d’approches d’imagerie dynamique à haute-résolution (ex. suivi de nanoparticules uniques, FRAP) et d’outils moléculaires de haute spécificité (ex. ligand biomimétique, x-link de récepteurs via les anticorps). J’ai dans un premier temps étudié la dynamique de surface des NMDAR endogènes au cours de la plasticité synaptique au sein de réseaux neuronaux hippocampiques in vitro. Mes résultats révèlent que l’induction de la potentialisation à long terme (LTP) des synapses glutamatergiques s’accompagne d’une redistribution latérale des NMDAR de surface dans la région postsynaptique. De façon remarquable, la réduction de la diffusion de surface des NMDAR via des anticorps commerciaux, mais aussi des anticorps purifiés de patients atteints d’encéphalite auto-immune, ciblant des épitopes extracellulaires des NMDAR, bloque la LTP. Dans un second temps, je me suis intéressé à la régulation de cette dynamique des NMDAR. En collaboration avec le groupe de Stéphane Oliet (CRI, INSERM), nous avons découvert qu’une redistribution rapide de surface des NMDAR s’opère différemment sous l’effet des co-agonistes du récepteur, la glycine et la D-sérine, et cela de façon dépendante des sous-unités GluN2A/GluN2B des NMDAR. De plus, j’ai démontré que l’interaction directe entre les NMDAR et les récepteurs dopaminergiques D1 membranaires contrôle la distribution des deux types de récepteurs aux abords de la synapse et module la plasticité synaptique. L’ensemble de ces données indique que la dynamique de surface des NMDAR est régulée par la présence d’un neuromodulateur, la dopamine, et de co-agonistes, contrôlant de façon dynamique la fenêtre plastique des synapses. / Glutamate synapse mediates most synaptic excitation in the brain and changes in its strength constitute a cellular basis for learning and memory processes. These adaptive properties often require ionotropic glutamate NMDA receptor (NMDAR) and the calcium influx in the postsynaptic compartment following their opening. So far, the activation of the subsequent signaling pathways was considered as the only mechanism essential for synaptic plasticity. It recently appeared that NMDAR diffuse at the neuronal surface, dynamically shaping their distribution. Whether the NMDAR surface dynamics and its potential regulators play an instrumental role in the plastic properties of synapses emerged thus as a possibility. During my PhD, I tackled this question using a combination of high resolution imaging techniques (e.g. single nanoparticle tracking, FRAP) and high specificity molecular approaches (e.g. biomimetic ligand, antibody based receptor cross-link). First, I studied surface dynamics of endogenous NMDAR during synaptic plasticity on hippocampal neurons in vitro. My results reveal that the induction of glutamate synapse long-term potentiation (LTP) is accompanied by a lateral redistribution of surface NMDAR within the postsynaptic area. Strikingly, reducing the surface diffusion of NMDAR using both commercial and purified antibodies from autoimmune encephalitis patients targeting extracellular epitopes of the NMDAR prevents LTP. Second I investigated whether NMDAR dynamics were regulated. In collaboration with Stephane Oliet’s group (CRI, INSERM), we uncovered that rapid surface redistribution can also be achieved differentially using the NMDAR co-agonists, glycine and D-serine, in a GluN2A/GluN2B NMDAR subunit dependent manner. In addition, I demonstrated that the direct interaction between NMDAR and dopamine D1 receptor at the membrane controls both receptors distribution in the synaptic area and modulates synaptic plasticity. Altogether, these data indicate that the NMDAR surface dynamics is regulated by ambient neuromodulators such as dopamine and co-agonists, dynamically controlling then the plastic range of synapses.