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Le fonctionnement du cortex cérébral nécessite l’action coordonnée de deux des sous-types majeurs de neurones, soient les neurones à projections glutamatergiques et les interneurones GABAergiques. Les interneurones GABAergiques ne constituent que 20 à 30% des cellules corticales par rapport au grand nombre de neurones glutamatergiques. Leur rôle est toutefois prépondérant puisqu’ils modulent fortement la dynamique et la plasticité des réseaux néocorticaux. Il n’est donc pas surprenant que les altérations de développement des circuits GABAergiques soient associées à plusieurs maladies du cerveau, incluant l’épilepsie, le syndrome de Rett et la schizophrénie. La compréhension des mécanismes moléculaires régissant le développement des circuits GABAergiques est une étape essentielle menant vers une meilleure compréhension de la façon dont les anormalités se produisent. Conséquemment, nous nous intéressons au rôle de l’acide polysialique (PSA) dans le développement des synapses GABAergiques. PSA est un homopolymère de chaînons polysialylés en α-2,8, et est exclusivement lié à la molécule d’adhésion aux cellules neuronales (NCAM) dans les cerveaux de mammifères. PSA est impliqué dans plusieurs processus développementaux, y compris la formation et la plasticité des synapses glutamatergiques, mais son rôle dans les réseaux GABAergiques reste à préciser. Les données générées dans le laboratoire du Dr. Di Cristo démontrent que PSA est fortement exprimé post- natalement dans le néocortex des rongeurs, que son abondance diminue au cours du développement, et, faits importants, que son expression dépend de l’activité visuelle i et est inversement corrélée à la maturation des synapses GABAergiques. La présente propose de caractériser les mécanismes moléculaires régulant l’expression de PSA dans le néocortex visuel de la souris. Les enzymes polysialyltransférases ST8SiaII (STX) et ST8SiaIV (PST) sont responsables de la formation de la chaîne de PSA sur NCAM. En contrôlant ainsi la quantité de PSA sur NCAM, ils influenceraient le développement des synapses GABAergiques. Mon projet consiste à déterminer comment l’expression des polysialyltransférases est régulée dans le néocortex visuel des souris durant la période post-natale; ces données sont à la fois inconnues, et cruciales. Nous utilisons un système de cultures organotypiques dont la maturation des synapses GABAergiques est comparable au modèle in vivo. L’analyse de l’expression génique par qPCR a démontré que l’expression des polysialyltransférases diminue au cours du développement; une baisse majeure corrélant avec l’ouverture des yeux chez la souris. Nous avons de plus illustré pour la première fois que l’expression de STX, et non celle de PST, est activité-dépendante, et que ce processus requiert l’activation du récepteur NMDA, une augmentation du niveau de calcium intracellulaire et la protéine kinase C (PKC). Ces données démontrent que STX est l’enzyme régulant préférentiellement le niveau de PSA sur NCAM au cours de la période post-natale dans le cortex visuel des souris. Des données préliminaires d’un second volet de notre investigation suggèrent que l’acétylation des histones et la méthylation de l’ADN pourraient également contribuer à la régulation de la transcription de cette enzyme durant le développement. Plus d’investigations seront toutefois nécessaires afin de confirmer cette hypothèse. En somme, la connaissance des mécanismes par lesquels l’expression des ii polysialyltransférases est modulée est essentielle à la compréhension du processus de maturation des synapses GABAergiques. Ceci permettrait de moduler pharmacologiquement l’expression de ces enzymes; la sur-expression de STX et/ou PST pourrait produire une plus grande quantité de PSA, déstabiliser les synapses GABAergiques, et conséquemment, ré-induire la plasticité cérébrale. / The functioning of the cerebral cortex requires coordinated action of two major neuronal subtypes - the glutamatergic projection neurons and the GABAergic interneurons. GABAergic interneurons represent 20 to 30% of all cortical cells. Even though they are a minor cell population in the cerebral cortex compared to glutamatergic neurons, they are key modulators of network dynamics and plasticity of neocortical circuits. It is therefore not surprising that aberrant development of GABAergic circuits is implicated in many neurodevelopmental disorders including epilepsy, Rett syndrome and schizophrenia. Understanding the molecular mechanisms governing the development of GABAergic inhibitory synapses in neocortex is important towards a better comprehension of how abnormalities in this developmental process can occur. Therefore, we focus specifically on the role of polysialic acid (PSA) in the development of GABAergic synapses. PSA is a α-2,8 polysialylated homopolymer, which is exclusively linked to the Neural Cell Adhesion Molecule (NCAM) in the mammalian brain. It is involved in several developmental processes including formation and plasticity of glutamatergic synapses; however its role in GABAergic circuit formation has not been explored so far. Previously in Dr Di Cristo’s lab, we showed that PSA is strongly expressed post-natally and its expression steadily declines during development in mice neocortex. We also showed that the developmental and activity-dependant regulation of PSA expression is inversely correlated with the maturation of perisomatic GABAergic innervation. Our aim is to characterize the molecular mechanisms regulating PSA expression in mouse iv visual cortex during post-natal development. Two polysialyltransferases, ST8SiaII (STX) and ST8SiaIV (PST), are responsible for PSA attachment to NCAM. By controlling the amount of PSA on NCAM, they can influence GABAergic synapses development. The mechanisms regulating STX and PST expression is crucial but remain still unknown. My research project focused on the mechanisms regulating STX and PST transcription in the mouse postnatal cortex. We used an organotypic culture system, which recapitulates many aspects of GABAergic synapse maturation as observed in vivo. Polysialyltransferases transcript levels were measured by qPCR and showed that STX and PST mRNA levels steadily decline during post-natal development in the mouse cortex; the sharpest reduction in the expression of both enzymes correlate with eye opening. We further demonstrate for the first time that STX mRNA levels is activity-dependant, requires the activation of NMDA receptors, an increase in intracellular Calcium levels and is PKC-dependent. Altogether, we show that the regulation of the expression of STX is the main mechanism responsible for PSA expression levels in the cortex around eyes opening. We next investigated whether epigenetic mechanisms regulate STX transcription and preliminary data suggest that histone acetylation and DNA methylation may contribute to STX expression during development. However, further experiments are required to confirm this hypothesis. In summary, understanding the mechanisms modulating STX and PST expression in the neocortex is essential for the comprehension of their precise role in GABAergic synapse maturation. This knowledge could allow us to modulate pharmacologically the expression of these enzymes; in turn overexpression of STX and PST may re-induce PSA expression, thereby destabilizing GABAergic synapses, and ultimately facilitating cortical plasticity in the adult.

Les mécanismes cellulaires et moléculaires qui sous-tendent la mémoire et l’apprentissage chez les mammifères sont incomplètement compris. Le rythme thêta de l’hippocampe constitue l’état « en ligne » de cette structure qui est cruciale pour la mémoire déclarative. Dans la région CA1 de l’hippocampe, les interneurones inhibiteurs LM/RAD démontrent des oscillations de potentiel membranaire (OPM) intrinsèques qui pourraient se révéler importantes pour la génération du rythme thêta. Des travaux préliminaires ont suggéré que le courant K+ I(A) pourrait être impliqué dans la génération de ces oscillations. Néanmoins, peu de choses sont connues au sujet de l’identité des sous-unités protéiques principales et auxiliaires qui soutiennent le courant I(A) ainsi que l’ampleur de la contribution fonctionnelle de ce courant K+ dans les interneurones. Ainsi, cette thèse de doctorat démontre que le courant I(A) soutient la génération des OPM dans les interneurones LM/RAD et que des protéines Kv4.3 forment des canaux qui contribuent à ce courant. De plus, elle approfondit les connaissances sur les mécanismes qui régissent les interactions entre les sous-unités principales de canaux Kv4.3 et les protéines accessoires KChIP1. Finalement, elle révèle que la protéine KChIP1 module le courant I(A)-Kv4.3 natif et la fréquence de décharge des potentiels d’action dans les interneurones. Nos travaux contribuent à l’avancement des connaissances dans le domaine de la modulation de l’excitabilité des interneurones inhibiteurs de l’hippocampe et permettent ainsi de mieux saisir les mécanismes qui soutiennent la fonction de l’hippocampe et possiblement la mémoire chez les mammifères. / Cellular and molecular mechanisms underlying learning and memory in mammals are incompletely understood. The theta rhythm in the hippocampus constitutes the « on-line » state of this structure which is crucial for declarative memory. In the CA1 hippocampal area, LM/RAD inhibitory interneurons exhibit intrinsic membrane potential oscillations (MPOs) that could be important for the generation of theta rhythm. Preliminary work suggested that K+ current I(A) could be involved in the generation of these oscillations. Nevertheless, little is known about the identity of the principal and auxiliary protein subunits underlying I(A) current and the extent of the functional contribution of this K+ current in hippocampal interneurons. Thus, this Ph.D. thesis shows that I(A) current underlies MPO generation in LM/RAD interneurons and that Kv4.3 proteins form channels that contribute to this current. Also, it deepens the knowledge on the mechanism controlling the interactions between Kv4.3 channel-forming principal subunits and KChIP1 auxiliary proteins. Finally, it reveals that KChIP1 modulates native I(A)-Kv4.3 current and the action potential discharge frequency in interneurons. Our work takes part in advancing the knowledge on the field of modulation of excitability in hippocampal inhibitory interneurons and allows a better understanding of the mechanisms underlying the function of the hippocampus and possibly memory in mammals.

Les processus d'apprentissage et de mémoire sont contrôlés par des circuits et éléments neuronaux spécifiques. De nombreuses études ont récemment mis en évidence que les circuits corticaux jouent un rôle important dans la régulation des comportements de peur, cependant, leurs caractéristiques anatomiques et fonctionnelles restent encore largement inconnues. Au cours de ma thèse, en utilisant des enregistrements unitaires et des approches optogénétiques chez la souris libre de se comporter, nous avons pu montrer que les interneurones inhibiteurs du cortex auditif et du cortex préfrontal médian forment un microcircuit désinhibiteur permettant respectivement l'acquisition et l'expression de la mémoire de peur conditionnée. Dans les deux cas, les interneurones parvalbuminergiques constituent l'élément central du circuit et sont inhibés de façon phasique. D’un point de vue fonctionnel, nous avons démontré que cette inhibition était associée à la désinhibition des neurones pyramidaux par un mécanisme de réduction de l'inhibition continue exercée par les interneurones parvalbuminergiques. Ainsi, les interneurones parvalbuminergiques peuvent contrôler temporellement l'excitabilité des neurones pyramidaux. En particulier, nous avons montré que l'acquisition de la mémoire de peur conditionnée dépend du recrutement d'un microcircuit désinhibiteur localisé dans le cortex auditif. En effet, au cours du conditionnement de peur, la présentation du choc électrique induit l'inhibition des interneurones parvalbuminergiques, ce qui a pour conséquence de désinhiber les neurones pyramidaux du cortex auditif et de permettre l’apprentissage du conditionnement de peur. Dans leur ensemble, ces données suggèrent que la désinhibition est un mécanisme important dans l'apprentissage et le traitement de l'information dans les circuits corticaux. Dans un second temps, nous avons montré que l'expression de la peur conditionnée requière l'inhibition phasique des interneurones parvalbuminergiques du cortex préfrontal médian. En effet, leur inhibition désinhibe les cellules pyramidales préfrontales et synchronise leur activité en réinitialisant les oscillations thêta locales. Ces résultats mettent en évidence deux mécanismes neuronaux complémentaires induits par les interneurones parvalbuminergiques qui coordonnent et organisent avec précision l’activité neuronale des neurones pyramidaux du cortex préfrontal pour contrôler l'expression de la peur conditionnée. Ensemble, nos données montrent que la désinhibition joue un rôle important dans les comportements de peur en permettant l’association entre des informations comportementalement pertinentes, en sélectionnant les éléments spécifiques du circuit et en orchestrant l'activité neuronale des cellules pyramidales. / Learning and memory processes are controlled by specific neuronal circuits and elements. Numerous recent reports highlighted the important role of cortical circuits in the regulation of fear behaviour, however, the anatomical and functional characteristics of their neuronal components remain largely unknown. During my thesis, we used single unit recordings and optogenetic manipulations of specific neuronal elements in behaving mice, to show that both the auditory cortex and the medial prefrontal cortex contain a disinhibitory microcircuit required respectively for the acquisition and the expression of conditioned fear memory. In both cases, parvalbumin-expressing interneurons constitute the central element of the circuit and are phasically inhibited during the presentation of the conditioned tone. From a functional point of view, we demonstrated that this inhibition induced the disinhibition of cortical pyramidal neurons by releasing the ongoing perisomatic inhibition mediated by parvalbumin-expressing interneurons onto pyramidal neurons. Thereby, this disinhibition allows the precise temporal regulation of pyramidal neurons excitability. In particular, we showed that the acquisition of associative fear memories depend on the recruitment of a disinhibitory microcircuit in the auditory cortex. Fear-conditioning-associated disinhibition in auditory cortex is driven by foot-shock-mediated inhibition of parvalbumin-expressing interneurons. Importantly, pharmacological or optogenetic blockade of pyramidal neuron disinhibition abolishes fear learning. Together, these data suggest that disinhibition is an important mechanism underlying learning and information processing in cortical circuits. Secondly, in the medial prefrontal cortex, we demonstrated that expression of fear behaviour is causally related to the phasic inhibition of prefrontal parvalbumin-expressing interneurons. Inhibition of parvalbumin-expressing interneuron activity disinhibits prefrontal pyramidal neurons and synchronizes their firing by resetting local theta oscillations, leading to fear expression. These results identify two complementary neuronal mechanisms both mediated by prefrontal parvalbumin-expressing interneurons that precisely coordinate and enhance the neuronal efficiency of prefrontal pyramidal neurons to drive fear expression. Together these data highlighted the important role played by neuronal disinhibition in fear behaviour by binding behavioural relevant information, selecting specific circuit elements and orchestrating pyramidal neurons activity.

Les Sémaphorines de classe 3 modulent de nombreux comportement neuritiques lors de la formation du système nerveux central. Leur liaison sur des complexes récepteurs composés de la sous unité obligatoire de liaison au ligand, les Neuropilines1,2 (Nrp1,2) et de la sous unité de signalisation, les PléxinesA1-4, permet d'assurer la spécificité fonctionnelle. Cependant, les mécanismes moléculaires contrôlant la formation de ces complexes récepteurs ne sont pas connus. Au cours de ma thèse, j'ai étudié l'assemblage des complexes récepteurs des Sémaphorines de classe 3 par une approche FRET. J'ai pu montrer que Nrp1,2 forment des homo et hétéro-oligomères à la membrane plasmique. Nrp1 peut former des hétero-oligomères avec les PléxinesA1,2 et 4 mais apparemment pas avec PléxineA3. La délétion du domaine Séma de PléxineA3 (PléxinesA3∆sem) suffit pour induire la formation d'hétéro-complexes Nrp1-PléxinesA3∆sem. Ces résultats suggèrent que le domaine Séma de PléxineA3 adopte une conformation différente des autres PléxinesA et empêche l'interaction entre PléxineA3 et Nrp1. De plus, toutes les PléxinesA peuvent former des homo-oligomères de manière indépendante du domaine Séma. Ces résultats suggèrent que les récepteurs des Sémaphorines de classe 3 pourraient former des complexes oligomériques plus important, composés d'homo-dimères de Nrps et de PléxinesA. Dans la deuxième partie de ma thèse, j'ai étudié la spécificité de signalisation des PléxinesA dans les interneurones GABAergiques du cervelet. Au laboratoire, nous avons montré que Séma3A induit la formation de branches des interneurones GABAergiques du cervelet par l'intermédiaire de Fyn. Mais l'identité des complexes récepteurs Séma3A impliquée dans ce processus n'était pas connue. Nous avons montré que les interneurones GABAergiques expriment PléxineA1,A2 A3 mais pas A4. Alors que les PléxinesA1,2 et 3 interagissent avec la protéine Fyn, seule l'activation des voies de signalisation de PléxineA1 et A2 induit la formation de branches in vitro. De manière intéressante, Fyn interagit avec les PléxinesA1 et A2 via son domaine SH3 alors qu'elle utilise son domaine SH2 pour l'interaction avec PléxineA3, suggérant l'importance du mode d'interaction de Fyn avec les PléxinesA pour sa fonction. Enfin nous avons pu montrer que PléxineA1 est la seule Pléxine in vivo capable d'induire un défaut de formation de branches des interneurones GABAergiques du cervelet. / Secreted class 3 Semaphorin (Sema3) modulates a wide variety of axon behavior during central nervous system formation. Sema3 family functions are triggered through binding to specific receptor complexes that include the obligate binding subunit Neuropilins-1 and 2 (Nrp1-2) and the signalling subunit plexin-A1-4. Yet, the exact mechanism controlling Sema3 receptor complex formation is not known. Here, we investigate Sema3 cell surface receptor formation using a time resolved FRET approach. We showed that Nrp-1 and 2 formed homo and hetero-oligomers at the cell surface of leaving cells. Nrp-1 can form hetero-oligomers with PlexinA1, A2 and A4 but not with PlexinA3. Deletion of the Plexin-Sema domain of PlexinA3 (PlexinA3∆sem) induced the formation of Nrp1 and PexinA3∆sem hetero-complexes. These results showed that PlexinA3-sema domain adopts a different conformation from the other PlexinAs and inhibited the interaction with Nrp1. Furthermore, PlexinAs can form homo-oligomers independently of the Plexin-Sema domain. These results further suggest that Sema3 receptors could form higher oligomeric complex that include homodimers of both neuropilins and PlexinAs. Understanding the basic principles of Sema3 receptor assembly will be pivotal to decipher how ligand binding translates into specific pathways of cellular signaling. In the second part of my thesis we investigated PlexinA specific signaling in cerebellar GABAergic interneurons. Sema3A induced GABAergic axonal branching in cerebellar cortex in a Fyn dependent manner (Cioni et al.,2013). However the identity of Sema3A receptor complexes involved in this process needed further investigation. We showed that PlexinA1, A2 and A3, but not PlexinA4, are expressed in GABAergic interneurons. While PlexinA1-3 are associated with FYN, only PlexinA1 and A2 induced axon branching. Interestingly, Fyn interaction with PlexinA1 and A2 is mediated via the SH3 domain while the interaction with PlexinA3 is through the SH2 domain, suggesting that the binding mode of Fyn to PlexinA is important. These results were further supported by in vivo characterization of PlexinA1-4 deficient mice that showed GABAergic axon branch deficit only in PlexinA1 mutant.

Les cellules souches neurales (CSNs) de la zone sous-ventriculaire (ZSV) présentent une activité germinale intense tout au long de la vie d'un individu. Les CSNs postnatales sont régionalisées en microdomaines exprimant des facteurs de transcription spécifiques et générant des sous-types neuronaux distincts dans le bulbe olfactif (BO). Les interneurones calrétinine (CalR+) représentent la plus grande population d'interneurones périglomérulaires (PG) du BO produits après la naissance. Cependant, contrairement à d'autres, il existe peu d'informations concernant leur origine, leur diversité et leur fonction dans le BO, ainsi que les facteurs de transcription impliqués dans leur génération. Des études antérieures ont mis en évidence que les interneurones CalR + PG sont générés à la fois par les microdomaines médial et dorsal de la ZSV, et ont suggéré que le facteur de transcription Sp8 serait impliqué dans leur génération. Ce travail de thèse a eu pour objectif : 1) d'affiner les approches actuelles afin de manipuler l'expression génique dans les CSNs de la ZSV postnatale d'une manière contrôlée temporellement, 2) d'explorer l'origine et la fonction des interneurones CalR + périglomérulaires, 3) d'étudier le rôle du facteur de transcription Sp8 dans le codage transcriptionnel de la spécification des interneurones CalR + périglomérulaires ainsi que leur maturation. Ainsi, une approche d'électroporation postnatale classique a été affinée afin de pouvoir manipuler l'expression des gènes dans les CSNs de la ZSV et ainsi permettre de cartographier le devenir à long terme de la progénie des CSNs et de manipuler génétiquement ces CSNs à une étape précise de leur différentiation. Le perfectionnement de cette approche a permis d'identifier deux sous-populations d'interneurones CalR + présentant des origines spatiales et temporelles différentes après la naissance, ainsi que d'explorer les implications fonctionnelles et morphologiques de cette diversité. Ainsi, une fraction importante et non décrite d'interneurones CalR + PG présente des propriétés de neurones immatures (c'est-à-dire qu'elle reçoit peu d'entrées synaptiques et est faiblement excitable), remettant en question leur rôle dans le traitement de l'information olfactive. Enfin, des manipulations génétiques du facteur de transcription Sp8 à divers stades de la différenciation des interneurones CalR+ ont mis en évidence son rôle dans la survie à long terme des interneurones CalR + PG matures, tout en excluant un rôle dans leur spécification précoce. Ces résultats amène ainsi un éclairage nouveau sur l'origine, la diversité et le codage transcriptionnel des interneurones CalR + PG et appellent à une caractérisation plus précise de leur rôle dans le traitement de l'information olfactive / The subventricular zone (SVZ) is a brain region that shows intense germinal activity throughout postnatal life. The postnatal SVZ is subdivided in microdomains containing neural stem cells (NSCs) that express defined transcription factors and generate distinct neuronal subtypes in the olfactory bulb (OB). Calretinin-expressing (CalR+) interneurons represent the largest population of OB periglomerular interneurons produced after birth. Yet, in contrast to others, limited information exists regarding their origin, diversity and function in the OB, as well as the transcription factors that guide their generation. Previous studies highlighted that CalR+ PG interneurons are generated by both the medial and dorsal SVZ microdomains, and suggested that the transcription factor Sp8 is involved in their generation.This work aimed at 1) refining current approaches for manipulating gene expression in postnatal SVZ NSCs in a temporally controlled manner, 2) exploring the origin and the function of CalR+ periglomerular neurons, 3) investigating the role of Sp8 in the transcriptional coding of CalR+ periglomerular interneurons specification and maturation.Refinement of the classical electroporation approach allowed the long-term fate mapping and timely-controlled genetic manipulation of NSCs of the SVZ. Using this refined approach allowed identifying two subpopulations of CalR+ interneurons that show different spatial and temporal origins after birth, as well as to explore the functional and morphological correlates of this diversity. A large and previously non-described fraction of CalR+ periglomerular interneurons exhibits properties of immature neurons (i.e. little synaptic inputs and weak excitability), questioning their role in olfactory processing. Finally, genetic manipulations of the transcription factor Sp8 at different stages during CalR+ interneuron differentiation highlighted its role in the long-term survival of mature CalR+ periglomerular interneurons, while excluding a role in their early specification. Altogether these results shed new lights on the origin, diversity and transcriptional coding of CalR+ periglomerular i nterneurons and call for a characterization of their role in olfactory processing

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Notre projet porte sur l'étude fonctionnelle du facteur de transcription GATA2 qui contrôle la mise en place de certaines populations neuronales. Mon travail de thèse est basé sur l'étude de sa fonction dans la moelle épinière.<br />Dans la moelle épinière ventrale embryonnaire, les motoneurones et 4 classes d'interneurones V0, V1, V2 et V3 sont générés dans des territoires distincts. Les V2 sont spécifiés dans un territoire adjacent à celui des motoneurones et sont subdivisés en V2a et V2b. Notre but est de déterminer le rôle de Gata2 durant la spécification des V2 et son l'influence sur la prolifération des progéniteurs neuraux.<br />Par une approche de perte et gain de fonction, nous avons montré que :<br />1. Gata2 inhibe la prolifération des progéniteurs neuraux avec un effet cellulaire-non autonome, en induisant un inhibiteur du cycle et en réprimant la voie Notch. Ce contrôle peut être découplé de la différenciation neuronale et ne nécessite pas d'activité proneurale.<br />2. Gata2 joue favorise l'émergence des V2 et réprime la différenciation des motoneurones, par la modulation des voies Shh et TGF-Β. Gata2 participe à la dichotomie des V2 car il favorise la différenciation des V2b et inhibe celle des V2a. Nous avons montré que les V2a sont glutamatergiques et les V2b sont GABAergiques.<br />Cette étude a mis en évidence la complexité des mécanismes moléculaires à l'origine de la diversité neuronale.

Le fonctionnement du cortex cérébral nécessite l’action coordonnée de deux des sous-types majeurs de neurones, soient les neurones à projections glutamatergiques et les interneurones GABAergiques. Les interneurones GABAergiques ne constituent que 20 à 30% des cellules corticales par rapport au grand nombre de neurones glutamatergiques. Leur rôle est toutefois prépondérant puisqu’ils modulent fortement la dynamique et la plasticité des réseaux néocorticaux. Il n’est donc pas surprenant que les altérations de développement des circuits GABAergiques soient associées à plusieurs maladies du cerveau, incluant l’épilepsie, le syndrome de Rett et la schizophrénie. La compréhension des mécanismes moléculaires régissant le développement des circuits GABAergiques est une étape essentielle menant vers une meilleure compréhension de la façon dont les anormalités se produisent. Conséquemment, nous nous intéressons au rôle de l’acide polysialique (PSA) dans le développement des synapses GABAergiques. PSA est un homopolymère de chaînons polysialylés en α-2,8, et est exclusivement lié à la molécule d’adhésion aux cellules neuronales (NCAM) dans les cerveaux de mammifères. PSA est impliqué dans plusieurs processus développementaux, y compris la formation et la plasticité des synapses glutamatergiques, mais son rôle dans les réseaux GABAergiques reste à préciser. Les données générées dans le laboratoire du Dr. Di Cristo démontrent que PSA est fortement exprimé post- natalement dans le néocortex des rongeurs, que son abondance diminue au cours du développement, et, faits importants, que son expression dépend de l’activité visuelle i et est inversement corrélée à la maturation des synapses GABAergiques. La présente propose de caractériser les mécanismes moléculaires régulant l’expression de PSA dans le néocortex visuel de la souris. Les enzymes polysialyltransférases ST8SiaII (STX) et ST8SiaIV (PST) sont responsables de la formation de la chaîne de PSA sur NCAM. En contrôlant ainsi la quantité de PSA sur NCAM, ils influenceraient le développement des synapses GABAergiques. Mon projet consiste à déterminer comment l’expression des polysialyltransférases est régulée dans le néocortex visuel des souris durant la période post-natale; ces données sont à la fois inconnues, et cruciales. Nous utilisons un système de cultures organotypiques dont la maturation des synapses GABAergiques est comparable au modèle in vivo. L’analyse de l’expression génique par qPCR a démontré que l’expression des polysialyltransférases diminue au cours du développement; une baisse majeure corrélant avec l’ouverture des yeux chez la souris. Nous avons de plus illustré pour la première fois que l’expression de STX, et non celle de PST, est activité-dépendante, et que ce processus requiert l’activation du récepteur NMDA, une augmentation du niveau de calcium intracellulaire et la protéine kinase C (PKC). Ces données démontrent que STX est l’enzyme régulant préférentiellement le niveau de PSA sur NCAM au cours de la période post-natale dans le cortex visuel des souris. Des données préliminaires d’un second volet de notre investigation suggèrent que l’acétylation des histones et la méthylation de l’ADN pourraient également contribuer à la régulation de la transcription de cette enzyme durant le développement. Plus d’investigations seront toutefois nécessaires afin de confirmer cette hypothèse. En somme, la connaissance des mécanismes par lesquels l’expression des ii polysialyltransférases est modulée est essentielle à la compréhension du processus de maturation des synapses GABAergiques. Ceci permettrait de moduler pharmacologiquement l’expression de ces enzymes; la sur-expression de STX et/ou PST pourrait produire une plus grande quantité de PSA, déstabiliser les synapses GABAergiques, et conséquemment, ré-induire la plasticité cérébrale. / The functioning of the cerebral cortex requires coordinated action of two major neuronal subtypes - the glutamatergic projection neurons and the GABAergic interneurons. GABAergic interneurons represent 20 to 30% of all cortical cells. Even though they are a minor cell population in the cerebral cortex compared to glutamatergic neurons, they are key modulators of network dynamics and plasticity of neocortical circuits. It is therefore not surprising that aberrant development of GABAergic circuits is implicated in many neurodevelopmental disorders including epilepsy, Rett syndrome and schizophrenia. Understanding the molecular mechanisms governing the development of GABAergic inhibitory synapses in neocortex is important towards a better comprehension of how abnormalities in this developmental process can occur. Therefore, we focus specifically on the role of polysialic acid (PSA) in the development of GABAergic synapses. PSA is a α-2,8 polysialylated homopolymer, which is exclusively linked to the Neural Cell Adhesion Molecule (NCAM) in the mammalian brain. It is involved in several developmental processes including formation and plasticity of glutamatergic synapses; however its role in GABAergic circuit formation has not been explored so far. Previously in Dr Di Cristo’s lab, we showed that PSA is strongly expressed post-natally and its expression steadily declines during development in mice neocortex. We also showed that the developmental and activity-dependant regulation of PSA expression is inversely correlated with the maturation of perisomatic GABAergic innervation. Our aim is to characterize the molecular mechanisms regulating PSA expression in mouse iv visual cortex during post-natal development. Two polysialyltransferases, ST8SiaII (STX) and ST8SiaIV (PST), are responsible for PSA attachment to NCAM. By controlling the amount of PSA on NCAM, they can influence GABAergic synapses development. The mechanisms regulating STX and PST expression is crucial but remain still unknown. My research project focused on the mechanisms regulating STX and PST transcription in the mouse postnatal cortex. We used an organotypic culture system, which recapitulates many aspects of GABAergic synapse maturation as observed in vivo. Polysialyltransferases transcript levels were measured by qPCR and showed that STX and PST mRNA levels steadily decline during post-natal development in the mouse cortex; the sharpest reduction in the expression of both enzymes correlate with eye opening. We further demonstrate for the first time that STX mRNA levels is activity-dependant, requires the activation of NMDA receptors, an increase in intracellular Calcium levels and is PKC-dependent. Altogether, we show that the regulation of the expression of STX is the main mechanism responsible for PSA expression levels in the cortex around eyes opening. We next investigated whether epigenetic mechanisms regulate STX transcription and preliminary data suggest that histone acetylation and DNA methylation may contribute to STX expression during development. However, further experiments are required to confirm this hypothesis. In summary, understanding the mechanisms modulating STX and PST expression in the neocortex is essential for the comprehension of their precise role in GABAergic synapse maturation. This knowledge could allow us to modulate pharmacologically the expression of these enzymes; in turn overexpression of STX and PST may re-induce PSA expression, thereby destabilizing GABAergic synapses, and ultimately facilitating cortical plasticity in the adult.