De nombreuse études ont mis en évidence la présence de processus neurogéniques dans l'hypothalamus adulte, une structure du diencéphale impliquée dans la régulation de nombreuses fonctions physiologiques. L’objectif de ma thèse a consisté à étudier les mécanismes de plasticité, tels que la neurogenèse adulte, et leur implication dans le contrôle neuroendocrinien de la fonction de la reproduction. Chez le mouton, une espèce saisonnée, la reproduction est contrôlée par la photopériode. Les variations saisonnières de la durée du jour entrainent des variations saisonnières du taux de prolifération et du nombre de nouveaux neurones. Après avoir identifié les composants cellulaires de la niche neurogénique hypothalamique dans cette espèce, nous avons démontré leur sensibilité à la photopériode. Une analyse longitudinale en neuroimagerie nous permettra de déterminer le devenir des nouveaux neurones hypothalamiques. Une étude fonctionnelle réalisée chez la souris a démontré que les cellules hypothalamiques en division qui expriment la GFAP possèdent un potentiel neurogénique et que leur ablation conduit à la perte de la fonction de reproduction chez le mâle. / Numerous studies have demonstrated the presence of neurogenic processes in the adult hypothalamus, a diencephalon structure involved in the regulation of many physiological functions. The objective of my thesis was to study the mechanisms of plasticity, such as adult neurogenesis, and their involvement in the neuroendocrine control of the reproductive function. In sheep, a seasonal species, reproduction is controlled by the photoperiod. Seasonal variations in the duration of the day lead to seasonal variations in the proliferation rate and in the number of new neurons. After identifying the cellular components of the hypothalamic neurogenic niche in this species, we demonstrated their sensitivity to photoperiod. A longitudinal analysis in neuroimaging will aimed to determine the fate of new hypothalamic neurons. A functional study in mice showed that dividing hypothalamic GFAP positive cells have a neurogenic potential and their ablation leads to severe impairment of the reproductive function in the male.

L’hypothalamus joue un rôle clef dans la régulation de l’homéostasie énergétique grâce à la présence de circuits neuronaux contrôlant la prise alimentaire. Ces circuits peuvent être remodelés dans le cerveau. Nous avons émis l’hypothèse que la plasticité de ces circuits intervient en conditions physiologiques. Nous avons démontré que les synapses des neurones à pro-opiomélanocortine sont modifiées en fonction de l’alimentation. Ce processus de plasticité est indispensable pour ajuster la prise alimentaire et nécessite la présence d’un polymère glucidique appelé PSA (acide polysialique), se fixant sur les protéines d’adhésion cellulaire NCAM et limitant les contacts synaptiques. Nous avons évalué le lien entre la plasticité cérébrale et la vulnérabilité à développer une obésité chez des souris placées en régime gras pendant 3 mois. La réponse comportementale au régime gras était variable, et prédictive de la prise de poids à terme, et était liée aux taux de PSA hypothalamique. La déplétion chronique de PSA dans l’hypothalamus a accéléré la prise de poids et l’adiposité des animaux. Ces résultats suggèrent qu’une capacité réduite de plasticité synaptique est un facteur de risque de l’obésité. En parallèle, nous nous sommes intéressés à l’homéostasie du cholestérol circulant contrôlée par le système à mélanocortine. Il existe un mécanisme de régulation du cholestérol circulant dépendant de PSA dans l’hypothalamus. Une dérégulation de ce mécanisme a provoqué l’accumulation de dépôts graisseux dans les vaisseaux sanguins. L’ensemble de ces travaux a permis de mettre en évidence le rôle de la plasticité synaptique hypothalamique dans la régulation de l’homéostasie énergétique. / Hypothalamus plays a major role in the regulation of energy homeostasis by the presence of neural circuits controlling food intake. These circuits are plastic and can be rewired during adulthood. We hypothesized that synaptic plasticity can occur during physiological conditions. We have shown that synaptic contact on hypothalamic anorexigen POMC neurons are rewired in mouse upon high fat diet (HFD). This synaptic process is mandatory to adjust energy intake and requires the glycan PSA (polysialic acid). PSA promotes synaptic plasticity in the brain by the weakening of cell-to-cell interaction by addition on NCAM (neural cell adhesion molecule). We hypothesized that a defect in brain synaptic plasticity capacity could be a risk factor in the etiology of metabolic diseases. We show that homeostatic feeding response to HFD ingestion was predictive to weight gain observed three months after HFD introduction. The feeding response to HFD was correlated with the hypothalamus PSA level. We show that chronic depletion of hypothalamic PSA accelerate the onset of diet induced obesity. These results indicate that a low hypothalamic PSA level prone to diet induced obesity. In parallel, we focus on the hypothalamic regulation of circulating cholesterol. Melanocortin system control level of circulating cholesterol. Using our model of diet induced synaptic plasticity; we show that there is a link between hypothalamic PSA and circulating cholesterol. A long term reduction of hypothalamic PSA level, lead to an accumulation of fat deposit in blood vessels. This whole work allows us to underscore the role of diet induced synaptic plasticity in the regulation of energy homeostasis.

Au début de ce doctorat, plusieurs études avaient identifié l'intestin grêle, siège de l'absorption du glucose, en tant que premier organe impliqué dans le contrôle de l'homéostasie glucidique lors d'un repas. En particulier, il a été démontré que la détection entérique de glucose permettait d'impacter son utilisation par le muscle et le foie, via un relai central impliquant une libération hypothalamique de monoxyde d'azote (NO). De plus, notre groupe a également démontré qu'une altération de la détection entérique du glucose, associée à une réponse neuronale hypothalamique anormale, participait à la mise en place d'un Diabète de Type 2 (DT2). En plus de ces problèmes de détection de nutriments, les patients obèses et diabétiques souffrent de troubles de la motilité intestinale (en particulier d'une hypercontractilité intestinale), liés à une atteinte du Système Nerveux Entérique (SNE). En effet, ce dernier est constitué d'environ 600 millions de neurones interconnectés chez l'Homme, contrôlant les contractions des muscles lisses intestinaux. D'un point de vue régulation, le SNE communique en permanence avec le Système Nerveux Central (SNC) via des voies nerveuses afférentes et efférentes. L'équipe s'intéresse au rôle de l'apeline en tant que nouvelle cible thérapeutique potentielle pour traiter le DT2. En particulier, notre équipe a récemment montré que l'apeline était libérée par les entérocytes dans la partie proximale de l'intestin, et qu'à ce niveau elle contrôlait l'absorption intestinale du glucose. Cependant, le fait que l'apeline puisse également cibler les neurones du SNE, et donc moduler la contractilité intestinale, n'était pas encore démontré. Lors de ce travail de thèse, nous avons ainsi pu montrer qu'en fonction de sa concentration, l'apeline activait des populations neuronales entériques différentes provoquant une stimulation ou, au contraire, une inhibition des contractions duodénales. La stimulation de cette contractilité duodénale par de faibles concentrations d'apeline entraîne une augmentation de l'absorption intestinale de glucose, mais également une diminution de la libération de NO hypothalamique, aboutissant à une moindre utilisation de ce dernier par le muscle squelettique. A l'inverse, de fortes concentrations d'apeline sont associées à une diminution de cette activité duodénale, entraînant un retour de l'ensemble de ces paramètres à des niveaux contrôles. Dans un second temps, nous avons voulu tester si cette motilité duodénale pouvait être considérée comme une cible thérapeutique pour traiter le DT2. Pour cela, nous avons effectué un traitement oral quotidien, pendant une semaine, avec la concentration d'apeline capable de diminuer l'activité duodénale, chez des souris obèses-diabétiques. Cette stimulation chronique par l'apeline permet de restaurer la contractilité duodénale de ces souris diabétiques au même niveau que celle de souris saines. De plus, cet effet est associé à une amélioration de leur tolérance au glucose ainsi que leur index de résistance à l'insuline. Ainsi, ce doctorat a permis de décrire un nouveau mode de communication entre l'intestin et le cerveau dans le contrôle de l'homéostasie glucidique. En effet, moduler les contractions duodénales en modifiant l'activité du SNE permettrait non seulement d'impacter l'absorption intestinale de glucose, mais également d'activer un axe duodénum-hypothalamus aboutissant au contrôle de l'utilisation périphérique de glucose. Dès lors, ce couplage " SNE-contraction duodénale " représenterait une cible thérapeutique prometteuse dans le traitement de maladies métaboliques telles que le DT2. / Prior to this PhD, several studies had determined that the small intestine, the site of glucose absorption, is the first organ involved in the control of glucose homeostasis during food intake. In particular, enteric glucose detection has been demonstrated to impact its utilization by muscles and liver, via a central relay involving hypothalamic nitric oxide (NO) release. Moreover, our group has also demonstrated that an alteration of enteric glucose detection, associated with an abnormal hypothalamic neuronal response, participates in type 2 diabetes (T2D) development. In addition to these defaults of nutrients detection, obese and diabetic patients suffer from intestinal motility disorders (in particular intestinal hypercontractility), linked to an alteration of the Enteric Nervous System (ENS). The ENS is composed of 600 million interconnected neurons in humans, known to control intestinal smooth muscles. The ENS permanently communicates with the Central Nervous System (CNS) via afferent and efferent nervous messages. Our team studies the role of apelin as a new potential therapeutic target to treat T2D. In this context, our group has recently demonstrated that apelin is released by the enterocytes in the proximal part of the intestine. At this site, apelin controls intestinal absorption of glucose. However, it hadn't been addressed yet whether apelin is also able to target enteric neurons, and consequently modulate intestinal contractility. During this PhD, we have highlighted that, depending of its concentration, apelin activates different enteric neuronal populations, leading to stimulation or, on the contrary, inhibition of duodenal contractions. Stimulation of this duodenal contractility by low concentrations of apelin causes an increase in intestinal glucose absorption, but also a decrease in hypothalamic NO release, leading to a reduced utilization of glucose by skeletal muscle. Conversely, high concentrations of apelin are associated with a decrease in the duodenal activity, leading to the restoration of all these parameters at basal levels. Then, we wanted to test whether duodenal motility could be considered as a therapeutic target to treat T2D. We performed a daily oral treatment, during one week, with the concentration of apelin able to decrease duodenal activity in obese and diabetic mice. We have shown that this chronic apelin treatment restores duodenal contractility in diabetic mice, at a similar level to that observed in normal mice. Moreover, this effect is associated with an improved glucose tolerance and insulin resistance index. Thus, this PhD describes a new mode of communication between the intestine and the brain, in the control of glucose homeostasis. Indeed, the modulation of duodenal contraction by targeting ENS activity could not only impact intestinal glucose absorption, but also activate a duodenum-hypothalamus axis, leading to the control of peripheral glucose utilization. Consequently, the "ENS-duodenal contraction" coupling could represent a promising therapeutic target to treat metabolic diseases such as T2D.

Adipositas ist eine komplexe Erkrankung mit multifaktorieller Ätiologie, in der das Gleichgewicht zwischen Nahrungsaufnahme und Energieaufwand gestört ist. Der Hypothalamus ist eine zentrale Schaltstation in der Aufrechterhaltung dieser Energiebalance und spielt höchstwahrscheinlich eine bedeutsame Rolle in der Pathophysiologie der Adipositas. Ergebnisse aus Tierstudien legen nahe, dass es im Rahmen hyperkalorischer Ernährung zu einer inflammationsähnlichen Begleitreaktion im Hypothalamus kommen kann, die ihrerseits anhaltende mikrostrukturelle Veränderungen begünstigt. Inwieweit auch bei adipösen Menschen makro- und mikrostrukturelle Alterationen im Hypothalamus festzustellen und mittels nichtinvasiver Methoden erfassbar sind, wurde bisher nicht ausreichend erforscht. Daher wurde hier als nicht-invasiver Zugang die Magnetresonanztomographie (MRT) gewählt und mittels eines detaillierten Segmentierungsprotokolls für T1-gewichtete Daten an einer großen Stichprobe aus der Kohorte des Leipziger Forschungszentrums für Zivilisationserkrankungen (LIFE) der Hypothalamus zunächst semi-automatisch erfasst (n = 338, 21–78 Jahre, mittlerer Body-Mass-Index (BMI) 26.41 ± 3.92 Standardabweichung (SD)). Im Anschluss konnten adjustierte Analysen Aufschluss darüber geben, inwieweit makrostrukturelle Veränderungen bei Adipösen vorzufinden sind. Darüber hinaus wurde mit diffusionsgewichteten MRT-Sequenzen (DWI) auch die Mikrostruktur des Hypothalamus auf Veränderungen im Rahmen von Adipositas untersucht. Unsere Ergebnisse zeigen einen Geschlechterunterschied im Gesamtvolumen des Hypothalamus mit größeren Werten für Männer sowie einen Seitenunterschied mit größeren Volumina für den linken Hypothalamus. Der BMI hatte keinen Einfluss auf das hypothalamische Gesamtvolumen, nachdem für Alter und Geschlecht korrigiert wurde. Allerdings zeigte sich, dass steigende BMI-Werte höhere Werte in der mittleren Diffusionsrate (MD) des Hypothalamus vorhersagten. Selbst unter Berücksichtigung zahlreicher konfundierender Variablen (wie z.B. Geschlecht, Alter, Partialvolumeneffekte durch den dritten Ventrikel, MD des Hippocampus) änderte sich dieses Ergebnis nicht. Vielmehr war es uns möglich dieses Ergebnis in einer zweiten Stichprobe (n = 236) zu replizieren, innerhalb derer die Hypothalami mittels einer automatisierten Segmentierungsprozedur erfasst wurden. Das Volumen an viszeralem Fettgewebe –ein alternativer Biomarker für Adipositas – lieferte in unseren Stichproben vergleichbare Resultate wie der BMI. Zusammenfassend zeigen unsere Ergebnisse anhand zweier bevölkerungsrepräsentativer Stichproben, dass Adipositas mit anhaltenden mikrostrukturellen Veränderungen im Hypothalamus bei Menschen einhergeht. Diese sind darüber hinaus unabhängig von adipositas-assoziierten Komorbiditäten wie Bluthochdruck oder Diabetes. Somit liefern wir einen replizierbaren Algorithmus, welcher mittels diffusionsgewichteter MRT-Sequenzen dazu dienen kann, subtile Veränderungen im Hypothalamus hochsensitiv zu erfassen. Dies könnte in Zukunft dazu beitragen zentrale pathologische Veränderungen bei Menschen besser zu visualisieren und deren Relevanz in der Pathogenese der Adipositas einzuordnen.

L’espèce Astyanax mexicanus est composée de deux morphotypes de poissons radicalement différents : le très classique poisson de surface vivant dans des rivières et le poisson cavernicole (CF, cavefish) aveugle et dépigmenté. Ces deux morphotypes diffèrent sur de nombreux aspects, aussi bien en termes de modalités sensorielles, qu’en termes de physiologie ou de comportement. L’approche « Evo-Devo » consiste à tenter de relier des différences développementales précoces à des modifications phénotypiques plus tardives. Dans le cadre de ce travail, nous nous sommes concentrés sur les modifications précoces de l’hypothalamus et de l’œil du CF. Nous montrons que des modifications précoces de signalisation de morphogènes tels que Shh ou Fgf conduisent à une modification de la taille des groupes de neurones peptidergiques au sein de l’hypothalamus, via les facteurs de transcription Lhx, impliqués dans la spécification neuronale. Plus particulièrement, nous montrons l’augmentation de taille des groupes de neurones NPY ainsi qu’hypocretine, qui à son tour provoque une réduction du sommeil chez le CF.Nous nous sommes aussi intéressés à l’oeil du CF, qui commence par se développer avant de dégénérer. Une réduction du quadrant ventral de la rétine avait été précédemment décrit. Nous rafinons cette description grâce à une étude de la régionalisation de la coupe optique du CF qui suggère une réduction de la rétine temporale plus spécifiquement. Nous proposons également une première description de la morphogénèse de l’oeil du CF grace à l’imagerie live de lignées transgéniques fluorescentes. Cette étude révèle un défaut d’invagination de la coupe optique chez le CF. Globalement, ce travail ouvre la voie vers une meilleure compréhension de l’évolution de la tête du CF. / Astyanax mexicanus is a fish species comprising two strikingly different morphotypes : the classical river-dwelling surface fish and the blind depigmented cavefish. These two morphs differ in many aspects in terms of sensorial modalities, physiology and behaviour. In the Evo-Devo approach, we try to link early developmental differences to later phenotypic modifications. Here we focus on the early modification of the hypothalamus and the eye of the cavefish. We show that early signalling modification of morphogens such as Shh or Fgfs lead to the modification of neuropeptidergic clusters in the hypothalamus via the neuronal fate-specifying transcription factors Lhx. More particularly, we show an increase in NPY and hypocretin cluster size. In turn, this increased hypocretin cluster size triggers a reduction of sleep in the cavefish larva.We also examine the embryonic eye of the cavefish which first develops before degenerating. This eye was previously reported to have a reduced ventral retina. We refine this description by studying the regionalisation of the cavefish optic cup and suggest that this reduction concerns more specifically the temporal retina. We also attempt a first description of the cavefish eye morphogenesis by live imaging on fluorescent transgenic lines. This description reveals a defect in the optic cup invagination of the cavefish. Overall, this work started deciphering the developmental evolution of the cavefish head.

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Obesity is a grave disease that is increasing in global prevalence. Aberrant neuronal DNA methylation patterns have been implicated in the promotion of obesity development, but the role of neuronal DNA methyltransferases (Dnmts; enzymes that catalyze DNA methylation) in energy balance remains poorly understood. We investigated the role of neuronal Dnmt1 in normal energy regulation and obesity development using a novel Dnmt1 knockout mouse model, Dnmt1fl/fl Synapsin1Cre (ND1KO), which specifically deletes Dnmt1 in neurons. ND1KO and fl/fl control littermates were fedeither a standard chow diet or a high fat diet (HFD). We conducted a deep analysis to characterize both peripheral and central aspects of the ND1KO phenotype. We found that neuronal Dnmt1 deficiency reduced adiposity in chow-fed mice and attenuated obesity in HFD-fed male mice. ND1KO male mice had reduced food intake and increased energy expenditure on the HFD. Furthermore, these mice had improved insulin sensitivity as measured by an insulin tolerance test. HFD-fed ND1KO mice had smaller fat pads and an upregulation of thermogenic genes in brown adipose tissue. These data suggest that neuronal Dnmt1 deletion increased diet-induced thermogenesis, which may explain the lean phenotype in HFD-fed ND1KO mice. Interestingly, we found that ND1KO male mice had elevated estrogen receptor-α gene expression in the hypothalamus, which previously has been shown to control body weight. Immunohistochemistry experiments revealed that estrogen receptor-α (ERα) protein expression was upregulated in the dorsomedial region of the VMH (VMHdm), a region which may mediate the central effect of leptin. Finally, we tested whether ND1KO mice had reduced methylation of the ERα gene promoter, which might explain the ERα upregulation. Neuronal Dnmt1 deficiency decreased methylation at two CpG sites on Exon A in chow-fed mice. Collectively, these data suggest that neuronal Dnmt1 regulates energy homeostasis through pathways controlling food intake and energy expenditure, and that ERα in the VMHdm may mediate these effects.

Menopause is a natural transition heralded by the cessation of menstrual cycles and ovulation, and it occurs in all women at an average of about 50 years of age. While not a disease, menopause is often accompanied by symptoms that interfere with the quality of life and these symptoms are due to the relatively abrupt deprivation of E2 and P4 experienced during reproductive aging. Reproductive aging consists of changes in the synthesis and release of hormones from the hypothalamus, pituitary and gonad, which make up the HPG axis. Because gonadal hormones play critical roles in many systems throughout the body and brain, not just reproduction, treatment of menopausal symptoms to date largely involves hormone replacement therapy (HRT) with E2, P4 or their combination. While not intended to treat other neurobiological symptoms beyond hot flushes, HRT has the potential to exert widespread actions due to the abundance of hormone receptors throughout the nervous system. Thus, a fuller understanding of the neurobiology of menopause is badly needed. Although much of the research into the mechanisms that underlie reproductive aging focuses on ovarian failure and follicular atresia (cell death), there is evidence that there are significant alterations in the function of the neuroendocrine levels - the hypothalamus and pituitary - that also contribute to this process. As the mean age of the population increases, the number of post-menopausal women continues to grow with broad economic, healthcare and social costs. It is increasingly important to understand the complex mechanisms underlying reproductive aging and the effects of HRT. In this dissertation, I focus on the question of how the female non-human primate hypothalamus changes both with aging and in response to steroid hormone treatments. / text

La partie céphalique de notre corps est le siège de douleurs qui, comme la migraine, peuvent être très invalidantes. Le sous noyau caudal du trijumeau (Sp5C) assure le transfert des messages nociceptifs provenant de la face et des méninges vers les centres supérieurs. Ce transfert est modulé par des projections descendantes provenant de centres supraspinaux dont l'hypothalamus. Comment sont organisés les contrôles descendants hypothalamiques sur le Sp5C ? En utilisant le traceur retrograde, Fluorogold (FG), nous avons analysé les projections hypothalamiques sur le Sp5C. Elles proviennent du noyau paraventricular (PVN), de l'aire hypothalamique laterale (LH), de l'aire hypothalamique perifornicale (PFX), du noyau A11 et de l'aire retrochiasmatique (RCA). La zone ophtalmique V1 du Sp5C reçoit la plus forte densité de projections. Ces projections sont systématiquement bilatérales. Par double marquage immunohistochimique traceur/phénotype, nous avons précisé les phénotypes neurochimiques des neurones projetant du A11, LH et PFX vers le Sp5C. Dans le noyau A11, 60% environ de ces neurones sont dopaminergiques (DA) et 10% environ contiennent l'alpha-calcitonin gene related peptide (CGRP). De plus, 15% de ces neurones dans LH et 30% de ceux-ci dans PFX sont oréxinergiques. L'expression de Fos est augmentée dans le noyau A11 après stimulation nociceptive tonique inflammatoire (formol facial sous-cutané), indiquant que ce noyau contribue au traitement de l'information douloureuse. Cependant, ni les neurones DA ni les neurones FG expriment Fos. Par une approche comportementale et électrophysiologique, nous avons précisé le rôle des contrôles hypothalamiques dans la modulation de la nociception trigéminale. La lésion par acide kaïnique ou 6-OHDA d'un noyau A11 abaisse les réponses nociceptives comportementales (test au formol) chez le rat vigil. Pour tester l'hypothèse d'un contrôle hypothalamique orexinergique, nous avons enregistré les réponses électrophysiologiques de neurones trigéminaux à la stimulation électrique de leur champ récepteur. L'injection intracisternale (0.6 nmol dans 5μl) d'orexine A réduit (environ 50%) les réponses à l'activation sélectivement des fibres afférentes de type C sans modifier leur windup. Au total, plusieurs de nos résultats méritent d'être soulignés. (1) Les voies hypothalamiques descendantes semblent contrôler préférentiellement les inputs méningés. (2) Un dysfonctionnement prolongé du noyau A11 provoque un état d'hypoalgésie, suggérant que l'activation des afférences DA provoque un état d'hyperalgie. Or, les résultats d'injections locales de DA ou de manipulations aigues du noyau A11 suggèrent un contrôle DA inhibiteur sur l'information nociceptive. Le dysfonctionnement DA pourrait favoriser une plasticité dans le Sp5C. (3) Enfin, l'inhibition sélective des réponses C par l'orexine A, suggère l'existence d'un contrôle présynaptique inhibiteur du message nociceptif trigéminal. / Pain syndroms located in the head, such as migraine, can be particularly invalidating. Sensory inflow generated bynociceptors in the face and meninges activate neurons in the medullary dorsal horn (MDH), within the trigeminal system.There, a network of descending projections from cerebral structures enhance or inhibit the transfer of nociceptive informationto higher centers. However, the functional anatomy of such descending controls of nociceptive information are still ill-defined.Here, we investigated the descending hypothalamic projections to the MDH. Using the retrograde tracer, Fluorogold (FG), we analyzed the organization of hypothalamic projections to MDH. They originate from the paraventricular nucleus (PVN), lateral hypothalamic area (LH), perifornical hypothalamic area (PFX), A11 nucleus and retrochiasmatic area (RCA). Within MDH, the V1 area, where primary afferent fibers of the ophthalmic branch of the trigeminal nerve terminate, receives the strongest hypothalamic projections. Hypothalamic projections to MDH are bilateral. Using double-immunolabelling, we determined the molecular phenotype of A11 nucleus, LH and PFX projecting neurons to MDH. In A11 nucleus, about 60% of projecting neurons to MDH are dopaminergic (DA) and about 10% contain the alphacalcitonin gene related peptide (CGRP). Fifteen percent of LH projecting neurons to MDH and 30% of PFX ones contain orexin. Pain (facial formalin test) elevates Fos expression in A11 nucleus, suggesting that it contributes to pain processing. However, it is worth noting that Fos-immunoreactive neurons are neither DA nor projecting neurons. We combined behavioral and electrophysiological techniques to get further insights into the role of hypothalamic projections on trigeminal pain. Lesion of A11 nuclei, by locally injecting kainic acid or 6-OHDA, reduces spontaneous pain behavior (facial formalin test). To examine whether orexin descending hypothalamic projections control trigeminal pain, we examined the effect of intracisternally applied orexin A on electrophysiological responses of trigeminal neurons to electrical stimulation of their receptive field. Orexin A (0.6 nmol in 5μl) selectively reduces (about 50%) C-fiber-evoked responses but not the windup phenomenon. Several of these results are worth to note. (1) Descending hypothalamic projections predominantly control VI area of MDH, where primary afferent fibers innervating the meninges terminate. (2) The effect of long-lasting dysfunction of A11nucleus suggests that activation of descending DA projections produce a state of hyperalgesia. This is at odds with theconclusion of previous reports on the effects of local administration of DA or acute manipulations of A11 nuclei, suggestingthat descending DA projections rather inhibit nociceptive transmission. Long-lasting dysfunction of descending A11 DAprojections might enable plasticity changes in DH neuronal network. (3) That orexin A selectively inhibits C-fiber-evokedresponses suggests that orexin A selectively controls the transfer of nociceptive information via a presynaptic mechanism.

Na realização do tratamento ortodôntico, é descrito que a dor ocorre imediatamente após a aplicação das forças ortodônticas e desaparece após alguns dias. Com relação às vias neurais envolvidas na mediação sensorial da movimentação ortodôntica (MO) poucos são os estudos que abordam esse tema, e nas últimas décadas achados consistentes demonstram o envolvimento do sistema trigeminal, bem como de suas áreas de projeção nessa mediação. Nesse contexto, achados demonstram que além de áreas do tronco encefálico, regiões da substância cinzenta periaquedutal, o núcleo espinhal do trigêmio, a área parabraquial e áreas límbicas apresentam aumento da imunorreatividade à proteína FOS (IR-FOS) 24hs após o início da movimentação dentária de molares de ratos. É possível que esta ativação límbica ocorra devido à liberação local de prostaglandinas. Assim, o presente trabalho avaliou temporalmente (3, 6, 24 e 48hs) a ativação do núcleo central da amígdala (CEA) e do hipotálamo lateral (HL) após MO. Em adição, verificamos se a pré-administração de diclofenaco de sódio (analgésico e antiinflamatório) ou de sulfato de morfina (analgésico de ação central) altera a IR-FOS após a aplicação de força para movimentação dentária de incisivos superiores de ratos, nas áreas analisadas. Nossos resultados mostram que a MO aumentou a IR-FOS no CEA e no HL após 3, 6 e 24hs. Após a MO por 48hs, a IR-FOS foi semelhante ao controle. A análise histológica do periodonto desses animais evidenciou processo ativo de remodelação óssea, sugerindo aposição de matriz colágena e a análise radiográfica demonstrou que a separação dos incisivos superiores dos animais ocorreu devido ao movimento ortodôntico e não ortopédico, já que não houve abertura da sutura palatina mediana. O pré-tratamento com sulfato de morfina (2mg/kg) inibiu a IR-FOS em ambas as áreas estudadas, sugerindo que a expressão de FOS após MO possa ser devido à transmissão da informação nociceptiva. Ainda, o pré-tratamento com diclofenaco de sódio (5mg/kg) reduziu a IR-FOS no CEA e no HL nos animais que receberam o aparelho ortodôntico por 6hs / In the accomplishment of the orthodontic treatment, it is described that the pain happens immediately after the application of orthodontic forces and disappears after few days. Regarding the neural pathways involved in the sensorial mediation of the orthodontic movement (OM) few are the studies that approach this theme, and in the last decades solid founds demonstrate the involvement of the trigeminal system as well as its projection areas in this mediation. In this context, discoveries demonstrate that besides brainstem areas, such as periaquedutal gray matter, trigeminal spinal nucleus, and parabrachial area, limbic areas can present increase in FOS immunorreactivity(IR-FOS) 24 hours after the beginning of the tooth movement of rat molars. It is possible that this limbic activation happens due to the local liberation of prostaglandins. In this way, this work evaluated the activation of the central amygdala (CEA) and the lateral hypothalamus (LH) after OM. In addition, we verified if the previous administration of sodium diclofenac (painkiller and anti-inflammatory) or of morphine sulfate (painkiller of central action) alters IR-FOS after the application of force for tooth movement of rat superior incisors, in the analyzed limbic areas. Our results show that the OM increased the IR-FOS in CEA and in HL after 3, 6 and 24hs. After the OM for 48hs, the IR-FOS was similar to the control. The histological periodontal analysis of those animals evidenced an active process of bone remodeling, suggesting the deposition of osteoid material and the radiographic analysis demonstrated that the separation of the superior incisors of the animals happened due to the orthodontic movement and not orthopedic movement, since the interpremaxillary suture was fused. The pre-treatment with morphine sulfate (2mg/kg) inhibited the IR-FOS in both studied areas, suggesting that the expression of FOS after OM can be due to the transmission of nociceptive information. In addition, pre-treatment with sodium diclofenac (5mg/kg) reduced IR-FOS in CEA and in HL in the animals that received the orthodontic apparel for 6hs.