Du fait de sa complexité, le fonctionnement du cerveau est exploré par des méthodes très diverses, telles que la neurophysiologie et les neurosciences cognitives, et à des échelles variées, allant de l'observation de l'organe dans son ensemble jusqu'aux molécules impliquées dans les processus biologiques. Ici, nous proposons une étude à l'échelle cellulaire qui s'intéresse à deux briques élémentaires du cerveau : les neurones et les cellules gliales. L'approche choisie est la biophysique, de part les outils utilisés et les questions abordées sous l'angle de la physique. L'originalité de ce travail est d'utiliser des cellules primaires du cerveau dans un souci de proximité avec l'in vivo, au sein de systèmes in vitro dont la structure chimique et physique est contrôlé à l'échelle micrométrique. Utilisant les outils de la microélectronique pour un contrôle robuste des paramètres physico-chimiques de l'environnement cellulaire, ce travail s'intéresse à deux aspects de la biologie du cerveau : la polarisation neuronale, et la sensibilité des cellules gliales aux propriétés mécaniques de leur environnement. A noter que ces deux questions sont étroitement imbriquées lors de la réparation d'une lésion. La première est cruciale pour la directionalité de la transmission de signaux électriques et chimiques et se traduit par une rupture de symétrie dans la morphologie du neurone. La seconde intervient dans les mécanismes de recolonisation des lésions, dont les propriétés mécaniques sont altérées., Les études quantitatives menées au cours de cette thèse portent essentiellement sur la phénoménologie de la croissance de ces deux types de cellules et leur réponse à des contraintes géométriques ou mécaniques. L'objectif in fine est d'élucider quelques mécanismes moléculaires associés aux modifications de la structure cellulaire et donc du cytosquelette. Un des résultats significatifs de ce travail est le contrôle de la polarisation neuronale par le simple contrôle de la morphologie cellulaire. Ce résultat ouvre la possibilité de développer des architectures neuronales contrôlées in vitro à l'échelle de la cellule individuelle. / The complex structure of the brain is explored by various methods, such as neurophysiology and cognitive neuroscience. This exploration occurs at different scales, from the observation of this organ as a whole entity to molecules involved in biological processes. Here, we propose a study at the cellular scale that focuses on two building elements of brain: neurons and glial cells. Our approach reachs biophysics field for two main reasons: tools that are used and the physical approach to the issues. The originality of our work is to keep close to the in vivo by using primary brain cells in in vitro systems, where chemical and physical environments are controled at micrometric scale. Microelectronic tools are employed to provide a reliable control of the physical and chemical cellular environment. This work focuses on two aspects of brain cell biology: neuronal polarization and glial cell sensitivity to mechanical properties of their environment. As an example, these two issues are involved in injured brains. The first is crucial for the directionality of the transmission of electrical and chemical signals and is associated to a break of symmetry in neuron morphology. The second occurs in recolonization mechanisms of lesions, whose mechanical properties are impaired. During this thesis, quantitative studies are performed on these two cell types, focusing on their growth and their response to geometrical and mechanical constraints. The final aim is to elucidate some molecular mechanisms underlying changes of the cellular structure, and therefore of the cytoskeleton. A significant outcome of this work is the control of the neuronal polarization by a simple control of cell morphology. This result opens the possibility to develop controlled neural architectures in vitro with a single cell precision.

A hipóxia-isquemia (HI) é a principal causa de mortalidade no período perinatal e, nos sobreviventes, a incidência de comorbidades neurológicas é elevada. O encéfalo imaturo, altamente susceptível ao insulto hipóxico-isquêmico, é bastante sensível a estímulos ambientais tais como o enriquecimento ambiental (EA). Os objetivos deste estudo foram: 1) investigar o desempenho comportamental em um novo teste de memória e aprendizagem, o Ox-maze; 2) analisar a atividade das enzimas Na+,K+-ATPase, catalase (CAT) e glutationaperoxidase (GPx) no hipocampo; 3) caracterizar os neurônios piramidais da região CA1 hipocampal quanto à arborização dendrítica; 4) analisar alterações astrocíticas e sinápticas pela avaliação da imunoreatividade das proteínas GFAP e sinaptofisina usando a técnica de imunofluorescência e, 5) quantificar a densidade celular por meio de cortes semifinos da região CA1 do hipocampo de animais hipóxico-isquêmicos expostos a um ambiente enriquecido. Ratos com sete dias de idade foram divididos em quatro grupos e submetidos ou não ao procedimento cirúrgico de acordo com o grupo experimental ao qual pertenciam: controle mantido em ambiente padrão (CTAP), controle em ambiente enriquecido (CTAE), HI em ambiente padrão (HIAP) e HI em ambiente enriquecido (HIAE). Passado o período de EA (1h/dia, 6 dias/semana, 9 semanas iniciando após o desmame), os parâmetros mencionados foram avaliados nos animais. Os dados indicaram que a HI causou um prejuízo na memória e no aprendizado no teste do “OX-maze”, o qual foi revertido pelo efeito do ambiente enriquecido. A HI causou diminuição da atividade enzimática da Na+,K+-ATPase no hipocampo contralateral, assim como uma redução na imunorreatividade à sinaptofisina e nadensidade neuronal, sendo que o EA foi efetivo na recuperação da atividade da enzima Na+,K+-ATPase e dos níveis de sinaptofisina no hipocampo contralateral à lesão. As atividades de CAT e GPX não foram alteradas pela HI em nenhum dos grupos avaliados, mesmo resultado encontrado nas análises de GFAP e de padrão de arborização dendrítica. Por fim, neste estudo foi observado o importante efeito lesivo causado pela HI neonatal e o papel do EA como estratégia neuroprotetora na recuperação funcional, na atividade da Na+,K+-ATPase e na expressão de sinaptofisina. Este estudo traz avanços em busca dos mecanismos pelos quais a melhora funcional ocorre em animais HI expostos ao EA, mas pode-se verificar que não fica totalmente esclarecido como esta estratégia atua. Outros estudos são necessários para a identificação de possíveis mecanismos que atuem como mediadores da resposta funcional do EA após um evento isquêmico. / Hypoxia-ischemia (HI) is the main mortality cause in perinatal period and, in survivors, the incidence of neurological disabilities is elevated. The immature brain, highly susceptible to hypoxic-ischemic insult, is sensible to environmental stimuli, as environmental enrichment (EE). The aims of this study were to investigate: 1) behavioral performance in a new memory and learning task, the oxmaze task; 2) evaluate Na+,K+-ATPase, catalase (CAT) and glutathione peroxidase (GPx) activities in the hippocampus; 3) characterizes dendritic arbor in pyramidal neurons from CA1 region from hippocampus; 4) analyze alterations in hippocampal synaptophysin and GFAP immmunoreactivity and, 5) analyze neuronal density alterations in hippocampus of hypoxic-ischemic rats exposed to enriched environment. Seven-day-old rats were divided into four groups: controlmaintained in standard environment (CTSE), control submitted to EE (CTEE), HI in standard environment (HISE) and HI in EE (HIEE). Past the end of EE period (1 hour/day, 6 days/week, 9 weeks), mentioned parameters were evaluated in animals. Present results indicate learning and memory in the “OXmaze” task were impaired in HI rats and this effect was recovered after EE. On the contralateral hemisphere, HI caused a decrease in Na+,K+-ATPase activity that was recovered by EE. Results also indicate that HI damage decreases hippocampal synaptophysin immunoreactivity and neuronal density, moreover EE was effective in recovering synaptophysin levels on contralateral to the lesion hippocampus. The activities of GPx and CAT were not changed by HI in any group evaluated, some result founded on GFAP immunoreactivity and dendritic arborization characterization analysis. In conclusion, the important effect of HI lesion and the role of EE like neuroprotective strategy on functional impairment and on Na+,K+-ATPase activity and synaptophysin immunoreactivity was proven. Although this study have important advances in search of mechanisms by which the functional enhancement occurs in the animals submitted to HI and exposed to EE, it can be seen that it is not completely clear how this approach works. Further studies are needed to identify possible mechanisms that act as mediators of EE functional response after an ischemic event.

Ratos Wistar machos adultos jovens (6 meses) e velhos (24-25 meses) foram alocados em treinamentos de endurance (corrida em esteira) ou resistido (escalada em grade) durante 6 semanas e comparados a controles sedentários (n=6). Ao final, músculos dos membros posteriores (sóleo e gastrocnêmio) foram analisados por histogramas e atividade total da enzima acetilcolinesterase (AChE). Na medula espinhal lombar, motoneurônios (MN) foram contados, bem como astrócitos da substância cinzenta marcados com GFAP. Densidades ópticas foram medidas nos cornos ventral (CV) e dorsal (CD) para CGRP-ir (MN e CD), AChE e 5-HT-ir (CV e CD). Para histogramas, dados foram analisados usando-se MANOVA e post hoc de Tukey. Os demais dados foram analisados usando-se ANOVA de 1 via e post hoc de Duncan. Resultados: histogramas de ratos jovens mostraram perfis de distribuição distintos após corrida (predominância de fibras de médio diâmetro) ou escalada (predominância de fibras de grande diâmetro) no músculo gastrocnêmio, mas não no sóleo. O perfil de predominância de fibras de pequeno diâmetro observado em ratos velhos sedentários foi igualmente revertido por corrida ou escalada, mas ratos velhos apresentaram limitado aumento de fibras de maior diâmetro. Tanto corrida quanto escalada diminuíram a atividade da AChE muscular. A medula espinhal de animais velhos apresentou menor número de MN e aumento do número de astrócitos. Tanto corrida quanto escalada reduziram a astrogliose no CV, mas não no CD. Ratos velhos mostraram aumento da CGRP-ir em MN, mas nenhum treinamento alterou a CGRP-ir em MN ou no CD. Tanto corrida quanto escalada aumentaram a AChE no CV em todos os grupos treinados. A escalada diminuiu AChE no CD e 5-HT-ir no CV. Nos ratos jovens, a corrida elevou 5-HT-ir no CD, mas não nos ratos velhos. Estes resultados sugerem que distintas modalidades de exercícios crônicos evocam diferentes respostas de neurotransmissores na medula espinhal em diferentes idades. / Young (6 months) and aged (24-25 months) male Wistar rats were assigned to endurance training (ET - treadmill running) and resistance training (RT - grid climbing with increasing weights) during 6 weeks and compared to sedentary controls (n=6). At the end, hindlimb muscles (soleus and gastrocnemius) were analysed by histograms and total AChE activity. In the lumbar spinal cord, motoneurons (MN) were counted, as well as gray matter's GFAP-labeled astrocytes. Optical densities were measured in the ventral (VH) and dorsal (DH) horns for CGRP-ir (MN and DH), AChE staining and 5-HT-ir (VH and DH). Data from histograms were analysed using MANOVA and Tukey’s post hoc. The remaining data Weir analysed using ANOVA and Duncan´s post hoc. Results: gastrocnemius, but not soleus, muscle histograms in young rats showed distinct fiber distribution profiles under ET (toward medium-diameter fibers) and RT (toward large-diameter fibers). The predominance in small-diameter muscle fibers in aged rats was similarly reversed by ET and RT, but aged rats presented limited increase in large-diameter muscle fibers. Both ET and RT decreased muscle AChE activity. The aged spinal cords presented MN loss and greater astrocyte numbers. Both ET and RT reduced astrogliosis in VH, but not in DH. The aged rats displayed elevated CGRP-ir in MN, and neither ET nor RT altered CGRP-ir in MN or DH. Exercise (ET and RT) markedly increased AChE staining in VH in all groups. RT decreased AChE in DH and 5-HT-ir in VH. In young rats, running elevated 5-HT-ir in the DH. These results suggest that different chronic exercise modalities and age evoke distinct spinal cord neurotransmitter responses.

Ratos Wistar machos adultos jovens (6 meses) e velhos (24-25 meses) foram alocados em treinamentos de endurance (corrida em esteira) ou resistido (escalada em grade) durante 6 semanas e comparados a controles sedentários (n=6). Ao final, músculos dos membros posteriores (sóleo e gastrocnêmio) foram analisados por histogramas e atividade total da enzima acetilcolinesterase (AChE). Na medula espinhal lombar, motoneurônios (MN) foram contados, bem como astrócitos da substância cinzenta marcados com GFAP. Densidades ópticas foram medidas nos cornos ventral (CV) e dorsal (CD) para CGRP-ir (MN e CD), AChE e 5-HT-ir (CV e CD). Para histogramas, dados foram analisados usando-se MANOVA e post hoc de Tukey. Os demais dados foram analisados usando-se ANOVA de 1 via e post hoc de Duncan. Resultados: histogramas de ratos jovens mostraram perfis de distribuição distintos após corrida (predominância de fibras de médio diâmetro) ou escalada (predominância de fibras de grande diâmetro) no músculo gastrocnêmio, mas não no sóleo. O perfil de predominância de fibras de pequeno diâmetro observado em ratos velhos sedentários foi igualmente revertido por corrida ou escalada, mas ratos velhos apresentaram limitado aumento de fibras de maior diâmetro. Tanto corrida quanto escalada diminuíram a atividade da AChE muscular. A medula espinhal de animais velhos apresentou menor número de MN e aumento do número de astrócitos. Tanto corrida quanto escalada reduziram a astrogliose no CV, mas não no CD. Ratos velhos mostraram aumento da CGRP-ir em MN, mas nenhum treinamento alterou a CGRP-ir em MN ou no CD. Tanto corrida quanto escalada aumentaram a AChE no CV em todos os grupos treinados. A escalada diminuiu AChE no CD e 5-HT-ir no CV. Nos ratos jovens, a corrida elevou 5-HT-ir no CD, mas não nos ratos velhos. Estes resultados sugerem que distintas modalidades de exercícios crônicos evocam diferentes respostas de neurotransmissores na medula espinhal em diferentes idades. / Young (6 months) and aged (24-25 months) male Wistar rats were assigned to endurance training (ET - treadmill running) and resistance training (RT - grid climbing with increasing weights) during 6 weeks and compared to sedentary controls (n=6). At the end, hindlimb muscles (soleus and gastrocnemius) were analysed by histograms and total AChE activity. In the lumbar spinal cord, motoneurons (MN) were counted, as well as gray matter's GFAP-labeled astrocytes. Optical densities were measured in the ventral (VH) and dorsal (DH) horns for CGRP-ir (MN and DH), AChE staining and 5-HT-ir (VH and DH). Data from histograms were analysed using MANOVA and Tukey’s post hoc. The remaining data Weir analysed using ANOVA and Duncan´s post hoc. Results: gastrocnemius, but not soleus, muscle histograms in young rats showed distinct fiber distribution profiles under ET (toward medium-diameter fibers) and RT (toward large-diameter fibers). The predominance in small-diameter muscle fibers in aged rats was similarly reversed by ET and RT, but aged rats presented limited increase in large-diameter muscle fibers. Both ET and RT decreased muscle AChE activity. The aged spinal cords presented MN loss and greater astrocyte numbers. Both ET and RT reduced astrogliosis in VH, but not in DH. The aged rats displayed elevated CGRP-ir in MN, and neither ET nor RT altered CGRP-ir in MN or DH. Exercise (ET and RT) markedly increased AChE staining in VH in all groups. RT decreased AChE in DH and 5-HT-ir in VH. In young rats, running elevated 5-HT-ir in the DH. These results suggest that different chronic exercise modalities and age evoke distinct spinal cord neurotransmitter responses.

La dégénérescence maculaire liée à l’âge ou DMLA est une pathologie oculaire qui touche près d’un million de personnes en France, et représente la première cause de cécité légale dans les pays industrialisés. C’est une affection multifactorielle (environnement, génétique), dans laquelle les stress inflammatoires, métaboliques et oxydants interviennent et aboutissent à la mort des photorécepteurs. L’apparition des drusen (dépôts de matériel extracellulaire contenant de l’amyloïde-β (Aβ)), entre les cellules de l’épithélium pigmentaire de la rétine (EPR) et la membrane de Brush, représente un facteur de risque de développement de la DMLA. De plus, le 4-hydroxynonenal (4-HNE) est un marqueur de stress oxydant dans la rétine de patients de différentes pathologies dégénératives comme la DLMA. L’identification des mécanismes moléculaires et cellulaires impliqués dans les dégénérescences rétiniennes la pathogenèse de la DMLA constitue un enjeu de santé publique, puisqu’elle permettrait de développer de nouvelles stratégies thérapeutiques anti-dégénératives.Le but de mon travail de thèse a été dans un premier temps de mieux comprendre le rôle de l’Aβ dans la dégénérescence rétinienne.Nous avons montré que l’Aβ induit une activation rapide des cellules microgliales, une gliose soutenue des cellules gliales de Müller (CGM), un œdème dans la rétine interne et une apoptose des photorécepteurs. La dégénérescence des photorécepteurs est en corrélation avec une activation soutenue de PERK, impliquée dans la voie pro-apoptotique de la réponse UPR. Par ailleurs la gliose des CGM est caractérisé par une délocalisation des canaux Kir4.1, une diminution de l’expression d’AQP4 et de la glutamine synthetase (GS), et une augmentation de l’expression des canaux Kir2.1 et du transporteur GLAST1, suggérant une dérégulation de l’homéostasie rétinienne contrôlée par ces protéines. Nous avons montré que l’inhibition de la réponse inflammatoire, par l’utilisation de l’indomethacine, un inhibiteur non stéroïdien de de la cyclooxygénase (COX) 2, réverse l’effet de l’Aβ sur l’expression des canaux Kir4.1 et sur GLAST1 mais pas celle de la GS et d’AQP4, suggérant un couplage partiel entre la gliose et la réponse inflammatoire dans notre modèle d’injection sous-rétinienne d’Aβ.Dans un deuxième temps, nous nous sommes intéressés au rôle du 4-HNE dans les CGM, un produit de peroxydation lipidique, qui est produit dans la rétine sous l’effet de l’Aβ. Nous avons observé qu’un stress oxydant unique et létal induit par le 4-HNE, entraîne la mort des CGM par apoptose dépendante de l’activation des caspases. L’utilisation d’antioxydants impliqués dans la régénération du glutathion (GSH), protège contre la mort des CGM. L’analyse du transcriptome des CGM soumises au 4-HNE a permis de mettre en évidence une réponse transcriptionnelle adaptative des CGM : une activation de la défense anti-oxydante, de la réponse UPR (unfolded protein response) au stress du réticulum endoplasmique, et un phénotype anti-inflammatoire. Par ailleurs, la surexpression de l’APP (amyloid protein precursor), dont l’expression du transcrit est augmentée sous l’effet du stress oxydant dans les CGM, protège ces cellules contre la mort induite par le 4-HNE. Cette protection est associée à une augmentation des capacités anti-oxydantes et à une activation de la voie de survie de la réponse UPR. L’ensemble de nos résultats montre un rôle de l’Aβ dans la dégénérescence des photorécepteurs et indique que le métabolisme de l’APP, ainsi que les voies de survie et pro-apoptotique de la réponse UPR pourraient constituer des cibles thérapeutiques contre la dégénérescence rétinienne induite par l’Aβ ou les stress oxydants. / Age related macular degeneration (AMD) is a leading cause of blindness in western countries and affects one million people in France. Multiple risk factors (genetics, environment) are involved in the pathogenesis of AMD. In addition, the AMD pathogenesis is strongly associated with chronic oxidative stress and inflammation that ultimately lead to photoreceptor death. AMD is characterized by the formation of drusen, extracellular deposits, including amyloid-β (Aβ), between the retinal pigmented epithelium and Bruch’s membrane. Moreover, 4-hydroxynonenal (4-HNE) is an oxidative stress marker of different retinal diseases including AMD. The determination of molecular and cell mechanisms involved in retinal degeneration and the pathogenesis of AMD is required in order to develop new therapeutic anti-degenerative approaches. The aim of our study was first to investigate the role of Aβ in retinal degeneration. We demonstrated that subretinal injection of Aβ induces an early activation of microglial cells, a sustained retinal Müller glial (RMG) cells gliosis, an oedema in the internal part of retina and photoreceptors apoptosis. The photoreceptors apoptosis was correlated with a sustained activation of PERK, a kinase implicated in the pro-apoptotic pathway of UPR (unfolded protein response). In addition, RMG gliosis has been characterized by a Kir4.1 channel redistribution, a down-regulation of AQP4 and glutamine synthetase (GS) expression, and an up-regulation of Kir2.1 channel and GLAST1 transporter expression, suggesting a dysregulation of the retinal homeostasis which is controlled by these proteins. The inhibition of the inflammatory response using indomethacin, a non-steroidal and non-specific cyclooxygenase (COX) 2 inhibitor, reversed Aβ-induced Kir4.1 channel redistribution and GLAST1 up-regulation but not GS and AQP4 down-regulation, suggesting a partial coupling between gliosis and inflammatory response in retinal degeneration after subretinal injection of Aβ in mice. The second part of our study aimed to investigate the effects on RMG cells of 4-HNE, a lipid peroxidation product that is up-regulated in retina after Aβ injection. We have shown that a single lethal oxidative stress using 4-HNE induces RMG cells apoptosis associated with caspase 3 and caspase 9 activation. Pre-treatment of RMG cells with anti-oxidative molecules involved in glutathione regeneration restored cell viability. Transcriptome analysis of RMG cells treated with 4-HNE showed an adaptive transcriptional response consisting in an activation of anti-oxidative stress cell defense, activation of UPR in response to endoplasmic reticulum stress and anti-inflammatory phenotype. APP (amyloid protein precursor) overexpression, which the transcript is up-regulated in RMG cells under oxidative stress, protects from 4-HNE-induced cell death. This protection is associated with an up-regulation of anti-oxidative cell defense and an activation of the pro-survival pathway of UPR. Our study pinpoints the role of Aβ in photoreceptors degeneration and suggests that targeting APP metabolism, pro and anti-apoptotic pathways of the UPR response may hel develop selective methods against retinal degeneration implicating Aβ and oxidative stress.

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Les maladies dégénératives de la rétine sont une des causes principales de cécité. Parmi différentes stratégies thérapeutiques actuellement étudiées, notre équipe s’intéresse au potentiel régénératif de la rétine. Une source cellulaire d'intérêt sont les cellules de Müller, principal type de cellules gliales de la rétine, capables de se réactiver en cas de dégénérescence et d’adopter certaines caractéristiques de cellules souches. Elles entrent alors dans un état appelé gliose réactive. Tandis que chez certaines espèces comme le poisson, elles permettent la régénération de la rétine, elles ont des capacités régénératives très limitées et inefficaces chez les mammifères. Une meilleure connaissance des mécanismes moléculaires régissant la gliose réactive des cellules de Müller est donc essentielle si l’on veut identifier des cibles thérapeutiques capables de stimuler le potentiel de régénération de ces cellules. Dans ce contexte, le but de mon projet de thèse a été d’étudier le rôle du co-facteur de transcription YAP dans la réactivation des cellules de Müller. Cette protéine est l’effecteur de la voie de signalisation Hippo, connue pour son implication dans la régulation des cellules souches et la régénération de certains organes.Dans un premier temps, nous avons réalisé une analyse transcriptomique qui a montré que la voie Hippo/YAP est une des principales voies dérégulées dans un modèle de dégénérescence rétinienne chez la souris. Nous avons ensuite montré que la protéine YAP est spécifiquement exprimée dans les cellules de Müller et que son expression et son activité transcriptionnelle sont augmentées au cours de la dégénérescence lorsque les cellules de Müller deviennent réactives. Ces données suggèrent pour la première fois un lien entre YAP et la gliose réactive dans la rétine. Par conséquent, dans un second temps, mon projet de thèse a consisté en l’étude fonctionnelle de YAP dans les cellules de Müller. Dans ce but, nous avons généré par croisements chez la souris un modèle inductible de délétion du gène Yap spécifiquement dans ces cellules. Ce modèle a permis de montrer qu’en absence de Yap en conditions physiologiques, plusieurs gènes spécifiques des cellules de Müller sont dérégulés, suggérant un dysfonctionnement de ces cellules. L’étude phénotypique a permis de révéler que ces dérégulations moléculaires conduisent à un vieillissement prématuré des cellules de Müller et à une baisse de la vision chez les souris âgées. Ces données suggèrent que YAP est requis pour le fonctionnement normal des cellules gliales de Müller. Nous avons ensuite examiné l’impact de la perte de Yap dans les cellules de Müller en conditions de dégénérescence des photorécepteurs. Une analyse transcriptomique a permis de montrer que différents aspects de la réponse moléculaire des cellules de Müller réactives sont affectés. Parmi les processus biologiques dérégulés, nous nous sommes intéressés à la régulation de la prolifération cellulaire. Nous avons montré que YAP est nécessaire à l’augmentation de l’expression de gènes associés à la réentrée dans le cycle cellulaire de la glie de Müller. Par ailleurs, nos résultats suggèrent que des composants de la voie de signalisation EGFR, connue pour son rôle central dans la réactivation des cellules de Müller, sont régulés par YAP.Dans l’ensemble, ces résultats révèlent l’importance de YAP (i) dans le fonctionnement des cellules de Müller en conditions physiologiques pour maintenir l’homéostasie rétinienne, et (ii) dans la régulation des processus de réactivation de ces cellules en conditions dégénératives. De plus, ces données permettent de proposer un modèle selon lequel YAP serait impliqué dans le contrôle de la réentrée des cellules de Müller dans le cycle cellulaire via une interaction avec la voie de signalisation EGFR. Ce travail a donc contribué à approfondir nos connaissances du réseau de signalisation impliqué dans la réactivation des cellules de Müller de la rétine des mammifères. / Retinal dystrophies are one of the main causes of blindness. Among the different therapeutic strategies currently studied, our team is interested in the regenerative potential of endogenous retinal cells. A cellular source of interest are Müller cells, which are the main type of glial cells in the retina. These cells are able to reactivate in case of retinal degeneration and adopt various characteristics of stem cells. They enter a state called reactive gliosis. While in some species such as the fish, they allow the complete regeneration of the retina, they have very limited and ineffective regenerative capacities in mammals. Increasing our knowledge of the complex molecular response of Müller cells to retinal degeneration is thus essential for the development of promising new therapeutic strategies. In this context, the aim of my thesis project was to study the role of the co-transcription factor YAP in Müller cells reactivation. This protein is the main effector of the Hippo signaling pathway which is a crucial player in the field of stem cell biology and regeneration.As a first step, we performed a transcriptomic analysis, which revealed that the Hippo/YAP pathway is one of the main signaling deregulated in a mouse model of photoreceptor degeneration. In particular, we found that YAP is specifically expressed in Müller cells and strongly upregulated upon retinal degeneration, when these cells are reactivated. We thus uncovered for the first time a link between the Hippo/YAP pathway and reactive gliosis in the retina. Consequently, the second part of my thesis project was to undertake a functional study of YAP in Müller cells. For this purpose, we generated, by crossing, a mouse model allowing for Yap conditional knockout specifically in these cells. This model allowed us to show that Yap deletion leads to deregulation of several Müller cell specific genes. A phenotypic analysis revealed that these molecular deregulations lead to premature aging of Müller cells and visual defects in old mice. These results suggest that YAP is required for normal function of Müller glial cells. We then studied the impact of Yap deletion in Müller cells under degenerative conditions. A transcriptomic analysis revealed that various aspects of the molecular response of reactive Müller cells are affected in the absence of Yap. Among the deregulated biological processes, we focussed in particular in the regulation of cell proliferation. We found that YAP is required to trigger cell cycle gene upregulation that occurs in Müller glial cells following photoreceptor cell death. Furthermore, our results suggest that some components of the EGFR signaling pathway, which is known for its central role in the reactivation of Müller cells in pathological conditions, are regulated by YAP in Müller cells.Taken together, these results highlight the importance of YAP (i) in Müller cell function under physiological conditions to maintain retinal homeostasis, and (ii) in the regulation of Müller cell reactivation process under degenerative conditions. Moreover, these data allow us to propose a model in which YAP would be involved in the control of Müller glia cell cycle re-entry through its interaction with the EGFR signaling pathway. Therefore, this work has contributed to increase our knowledge of the signaling network involved in the reactivation of Müller cells in the mammalian retina.

Tout au long de la vie d’un organisme, l’architecture du système nerveux est mise à l’épreuve par des processus de maturation, de croissance, de stress mécaniques et de vieillissement. Bien que certaines molécules de maintenance de l’organisation des ganglions et fascicules neuronaux aient été identifiés chez le nématode C. elegans, les mécanismes assurant la protection à long terme de l’architecture du système nerveux restent mal compris. Chez les mutants de maintenance neuronale sax-7/L1CAM, certaines structures neuronales se développent initialement normalement, mais se désorganisent avec le temps. Un criblage génétique effectué au laboratoire a indiqué l’implication du gène mig-6/Papiline dans la maintenance neuronale: la perte de fonction de mig-6 supprime la désorganisation neuronale progressive des mutants sax-7. De plus, l’organisation neuronale des mutants mig-6 est mieux préservée dans un contexte de stress mécanique que chez le type sauvage. Un équilibre entre l'adhésion cellulaire et la flexibilité du milieu semble donc clé. Par ailleurs, les cellules gliales sont en relation étroite avec les neurones, mais leur implication dans la maintenance neuronale reste inexplorée. Ainsi, lors de ces travaux, la question principale est d’étudier la contribution de la matrice extracellulaire et de cellules gliales dans un contexte de maintenance de l’architecture du système nerveux chez C. elegans. Les résultats révèlent que MIG-6/Papiline régule l’état de la matrice extracellulaire en modifiant l’organisation du collagène IV, un composant abondant et conservé des membranes basales. Cette modification du collagène IV semble compenser les défauts d’adhésion cellulaire présents chez les mutants de maintenance sax-7/L1CAM et contrer un déplacement des ganglions neuronaux lors d’un stress mécanique accru. L’exploration de cellules gliales en contexte de maintenance neuronale a mis en évidence certains défauts des mutants de maintenance sax-7/L1CAM. Comprendre les principes généraux du maintien de l'architecture et de la connectivité neuronale pourrait aider à identifier des facteurs clés influençant l'apparition et la progression de neuropathologies. / Throughout life, the architecture of the nervous system is challenged by processes of maturation, growth, mechanical stress and aging. Although neuronal maintenance mechanisms of ganglia and fascicles organization involving conserved factors have been identified in the nematode C. elegans, little is known about processes that aim for the long-term protection of the nervous system architecture. In sax-7/L1CAM neuronal maintenance mutants, some neuronal ganglia and fascicles initially develop normally, but become disorganized over time. A genetic screen performed in the laboratory indicated the involvement of mig-6/Papilin in neuronal maintenance: loss of mig-6 function suppresses progressive neuronal disorganization in sax-7 mutants. Moreover, the neuronal organization of mig-6 mutants is better preserved under mechanical stress than in the wild-type strain. A balance between the adhesion of neurons to their environment and the flexibility of the surrounding extracellular matrix thus seems of importance. Furthermore, glial cells are closely related to neurons, but their involvement in the maintenance of the organization of neuronal structures remains unexplored. The main question of this work is to study the contribution of the extracellular matrix and of two types of glial cells in the context of maintenance of the nervous system architecture in C. elegans. Our results reveal that MIG-6/Papilin regulates the state of the extracellular matrix by altering the organization of collagen IV, an abundant and conserved component of basement membranes, thus compensating for cell adhesion defects in sax-7/L1CAM maintenance mutants and counteracting a neural ganglia displacement upon increased mechanical stress. Our exploration of glial cells in the context of neuronal maintenance also revealed defects in sax-7/L1CAM maintenance mutants. Understanding the general principles of maintenance of neuronal architecture and connectivity could help identify key factors influencing the onset and progression of neuropathologies.

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Cette thèse de doctorat englobe deux projets majeurs visant à étudier l'interaction entre les nanotubes à effet tunnel inter-péricytes (IP-TNT), le couplage neurovasculaire et la modulation des cellules gliales dans le contexte du glaucome. Le premier projet se concentre sur la caractérisation et l'importance fonctionnelle des IP-TNT dans la régulation du couplage neurovasculaire, tandis que le second projet explore le rôle des cellules gliales, en particulier S100Β, dans la modulation des réponses des péricytes pendant l'hypertension oculaire (HTO), un facteur de risque important pour le développement du glaucome. Dans le premier projet, nous avons étudié la présence et les implications fonctionnelles des IP-TNT dans l'unité neurovasculaire. Grâce à des techniques d'imagerie avancées et à des expériences d'imagerie en direct chez la souris, nous avons visualisé et caractérisé ces nanotubes à effet tunnel qui relient les péricytes voisins dans la rétine. Nous avons découvert que les IP-TNT jouent un rôle crucial en facilitant la communication intercellulaire et la signalisation calcique entre les péricytes. Ces nanotubes contribuent à la régulation du flux sanguin capillaire et au couplage neurovasculaire, assurant l'apport efficace d'oxygène et de nutriments aux neurones actifs. Nos résultats mettent en lumière les interactions cellulaires complexes au sein de l'unité neurovasculaire et élargissent notre compréhension des mécanismes qui sous-tendent le couplage neurovasculaire. Dans le second projet, nous nous sommes concentrés sur le rôle des cellules gliales, en particulier la protéine S100Β qui se lie au calcium, dans la modulation des réponses des péricytes au cours de l'HTO, une caractéristique pathologique clé du glaucome. Grâce à une combinaison d'expériences in vivo, d'analyses moléculaires et de techniques d'imagerie, nous avons étudié l'impact de la S100Β sur les niveaux de calcium des péricytes et sur le flux sanguin capillaire. Nous avons observé que la S100Β est régulée à la hausse dans les cellules gliales, y compris les cellules de Müller et les astrocytes, au cours de l'HTO. L'administration de la protéine recombinante exogène S100Β a exacerbé l'influx de calcium intra-péricyte et altéré le flux sanguin capillaire, tandis que le blocage de la fonction S100Β a amélioré les niveaux de calcium des péricytes et rétabli un flux sanguin basal. La neutralisation de la S100Β a également protégé les cellules ganglionnaires de la rétine de la mort induite par l'HTO. Ces résultats mettent en évidence le rôle critique des cellules gliales et de la S100Β dans les déficits du couplage neurovasculaire au cours du glaucome, et donnent un aperçu des cibles thérapeutiques potentielles pour préserver la santé et la fonction de la rétine. Collectivement, les résultats des deux projets contribuent à notre compréhension de l'interaction complexe entre les IP-TNT, le couplage neurovasculaire et la modulation des cellules gliales dans le contexte du glaucome. En élucidant le rôle des IP-TNT dans la régulation neurovasculaire et l'impact des cellules gliales, en particulier la S100Β, sur les réponses des péricytes, cette thèse fournit des informations précieuses sur les mécanismes sous-jacents de la pathogenèse du glaucome. Ces résultats peuvent ouvrir la voie au développement de stratégies thérapeutiques innovantes ciblant les IP-TNT et la modulation médiée par les cellules gliales afin de préserver la fonction rétinienne et de prévenir la perte de vision dans le glaucome et les maladies neurodégénératives associées / This PhD thesis encompasses two major projects aimed at investigating the interplay between interpericyte tunneling nanotubes (IP-TNTs), neurovascular coupling, and glial cell modulation in the context of glaucoma. The first project focuses on the characterization and functional significance of IP-TNTs in neurovascular coupling regulation, while the second project explores the role of glial cells, particularly S100Β, in modulating pericyte responses during ocular hypertension (OHT), an important risk factor for developing glaucoma. In the first project, we investigated the presence and functional implications of IP-TNTs in the neurovascular unit. Through advanced imaging techniques and live imaging experiments in mice, we visualized and characterized these tunneling nanotubes connecting neighboring pericytes in the retina. We found that IP-TNTs play a crucial role in facilitating intercellular communication and calcium signaling between pericytes. These nanotubes contribute to the regulation of capillary blood flow and neurovascular coupling, ensuring the efficient delivery of oxygen and nutrients to active neurons. Our findings shed light on the intricate cellular interactions within the neurovascular unit and expand our understanding of the mechanisms underlying neurovascular coupling. In the second project, we focused on the role of glial cells, specifically the calcium-binding protein S100Β, in modulating pericyte responses during OHT, a key pathological feature of glaucoma. Through a combination of in vivo experiments, molecular analyses, and imaging techniques, we investigated the impact of S100Β on pericyte calcium levels and capillary blood flow. We observed that S100Β is upregulated in glial cells, including Müller cells and astrocytes, during OHT. Administration of recombinant S100Β protein exacerbated intrapericyte calcium influx and impaired capillary blood flow, while blocking S100Β function improved pericyte calcium levels and restored normal blood flow. Notably, S100Β neutralization also protected retinal ganglion cells from OHT-induced death. These findings highlight the critical role of glial cells and S100Β in neurovascular coupling deficits during glaucoma, providing insights into potential therapeutic targets for preserving retinal health and function. Collectively, the results from both projects contribute to our understanding of the complex interplay between IP-TNTs, neurovascular coupling, and glial cell modulation in the context of glaucoma. By elucidating the role of IP-TNTs in neurovascular regulation and the impact of glial cells, particularly S100Β, on pericyte responses, this thesis provides valuable insights into the underlying mechanisms of glaucoma pathogenesis. These findings may pave the way for the development of innovative therapeutic strategies targeting IP-TNTs and glial cell-mediated modulation to preserve retinal function and prevent vision loss in glaucoma and related neurodegenerative diseases