L'acide docosahexaénoïque (DHA, 22:6n-3) est un acide gras polyinsaturé (AGPI) oméga-3. Il est particulièrement abondant dans le cerveau et la rétine et est nécessaire pour le bon développement et fonctionnement du cerveau. Tandis qu'une déficience en DHA a été montrée être liée à l'émergence de maladies cérébrales (i.e. maladie d'Alzheimer ou maladie de Parkinson), des études ont également montré qu'un apport alimentaire en AGPI oméga-3 pouvait empêcher ou atténuer les perturbations neurologiques liées au vieillissement ou aux maladies neurodégénératives. Il est alors primordial de transporter efficacement le DHA au cerveau. Le laboratoire français a synthétisé auparavant une forme stabilisée de la lysophosphatidylcholine-DHA, qui est le vecteur principal d'apport de DHA au cerveau, de structure 1-acétyl,2-docosahexaénoyl-glycérophosphocholine, brevetée et nommée AceDoPC®. L'injection d'AceDoPC ou de DHA après un accident vasculaire cérébral ischémique provoqué expérimentalement a montré que ces deux molécules étaient neuroprotectrices. Ces effets sont supposés être dus en partie à la conversion du DHA en métabolites oxygénés. Notre étude vise à examiner les effets du DHA et de ses métabolites dérivés, estérifiés ou non dans des phospholipides structurés sur un modèle de neurogenèse in vitro en conditions physiologiques ou pathologiques. Le premier objectif de ce travail a été de synthétiser le phospholipide structuré contenant du DHA, l’AceDoPC®, la protectine DX (métabolite oxygéné du DHA), et un nouveau phospholipide structuré contenant la protectine: 1-acétyl,2-protectine DX-glycérophosphocholine (AceDoxyPC). Le second objectif était d’étudier les effets du DHA, de l'AceDoPC et de la PDX sur la neurogenèse en utilisant un modèle in vitro de neurogenèse, constitué de cultures de cellules souches progénitrices neurales (NSPCs) dérivées de cerveaux de souris adultes, dans des conditions physiologiques ou pathologiques (ischémiques ici). Enfin, le troisième objectif de cette thèse a été d'identifier les mécanismes impliqués dans la réponse des cellules aux conditions ischémiques. La synthèse du phospholipide structuré AceDoxyPC a été réalisée avec succès par une double lipoxygénation enzymatique de l'AceDoPC, et l'identification du produit a été possible grâce à l'utilisation de techniques avancées de chromatographie liquide couplée à la spectrométrie de masse (LC/ESI/MS). De futures études sur ce transporteur de molécule neuroprotectrice potentielle doivent être réalisées prochainement. Les cellules incubées en présence d’AceDoPC présentent une augmentation de neurogenèse comparativement à celles cultivées avec addition de DHA non estérifié ou du véhicule contrôle, notamment sous conditions pathologiques. Les études préliminaires des mécanismes potentiellement impliqués dans la neuroprotection indiquent que les effets neuroprotecteurs et régénératifs de l'AceDoPC pourraient être en partie dus à des effets anti-oxidants. / Docosahexaenoic acid (DHA, 22:6n-3) is an essential omega-3 polyunsaturated fatty acid (PUFA). It is specifically enriched in the brain and the retina and it is required for visual acuity, proper brain development and cerebral functions. While DHA deficiency in the brain was shown to be linked to the emergence of cerebral diseases (i.e. Alzheimer’s disease or Parkinson’s disease), studies showed that a dietary intake of omega-3 PUFA could prevent or attenuate neurologic disturbances linked with ageing or neurodegenerative diseases. In this context, it is primary to deliver DHA efficiently to the brain. Targeting the brain with DHA might offer great promise in developing new therapeutics for neurodegenerative diseases. The French host laboratory previously synthesized a stabilized form of lysophosphatidylcholine-DHA, which is main vector of DHA transportation to the brain, of structure 1-acetyl,2-docoshexaenoyl-glycerophosphocholine, patented and named AceDoPC®. Injection of AceDoPC or DHA after experimental ischemic stroke showed that both molecules also had neuroprotective effects. These potential neuroprotective effects are expected to be due, in part, to DHA conversion into oxygenated metabolites. This study aims to investigate the beneficial effects of DHA and its derived metabolites either unesterified or esterified within structured phospholipids on a model of neurogenesis in vitro under physiological or pathological conditions. The first objective of this work was then to synthesize the DHA-containing structured phospholipid AceDoPC®, DHA oxygenated derivative protectin DX (PDX) and a novel structured phospholipid of protectin: 1-acetyl,2-protectinDX-glycerophosphocholine (AceDoxyPC). The second objective was to investigate the effects of DHA, AceDoPC and PDX on neurogenesis using an in vitro model of neurogenesis, namely cultures of neural stem progenitor cells (NSPCs) derived from the adult mouse brain under physiological or pathological conditions (ischemic conditions). Following this, the third objective of this work was to identify the mechanisms involved in such response to stress induced under pathological conditions. Synthesis of the novel structured phospholipid AceDoxyPC was successfully performed by double enzymatic lipoxygenation of AceDoPC and identification of the product was possible using advanced techniques of liquid chromatography (LC)/electrospray ionization (/ESI)/mass spectrometry (/MS). Future studies on this potential neuroprotective molecule transporter are to be investigated in the near future. Neurogenesis study of cell cultures with AceDoPC showed enhanced neurogenesis compared to addition of unesterified DHA or vehicle control, especially under pathological conditions. Preliminary studies of the potential mechanisms involved in neuroprotection hinted that AceDoPC neuroprotective and regenerative effects might be due in part to its anti-oxidative effects.

La maladie de Huntington (MH) est une maladie neurodégénérative héréditaire autosomique dominante. Elle résulte d’une expansion anormale de glutamines (polyQ) dans la partie N-terminale de la protéine huntingtine (HTT ; codé par HTT). La MH est caractérisée par la dysfonction et la mort de cellules neuronales dans le cerveau, entraînant l’apparition de symptômes cognitifs, psychiatriques et moteurs, dévastateurs chez les patients. De nombreuses études sur des modèles animaux et cellulaires montrent que l’expansion polyQ dans la protéine mutante conduit à un gain de nouvelles fonctions toxiques, ainsi qu’à la perte de fonctions neuroprotectives de la protéine sauvage. Pendant ma thèse, je me suis intéressée à la description et à la validation fonctionnelle d’un nouvel outil pour étudier la HTT : pARIS-htt. pARIS-htt est un gène synthétique construit pour faciliter le clonage et le marquage de la protéine HTT totale. En utilisant différentes approches cellulaires, nous avons montré que pARIS-htt peut remplacer le rôle de la HTT endogène dans le transport de vésicules du Golgi ainsi que du brain derived neurotrophic factor (BDNF). La version mutante de pARIS-htt ne peut pas restaurer cette fonction. Parallèlement, nous avons généré deux variants de pARIS-htt avec soit une délétion dans la région d’interaction de la HTT avec la dynéine, moteur moléculaire se dirigeant vers l'extrémité négative des microtubules, soit avec la huntingtin associated protein 1 (HAP1), l’un de ses interacteurs. Dans les expériences de remplacement du gène, aucun des deux mutants n’a restauré le transport vésiculaire.Un autre aspect de ma thèse a été d’étudier le rôle de la HTT au cours de la mitose. Nous avons mis en évidence l’importance de la HTT dans le contrôle de l’orientation du fuseau. Cette fonction est perdue lorque la HTT est mutée, mais restaurée lorsque celle-ci est phosphorylée par Akt à la sérine 421. Le contrôle de l’orientation du fuseau est particulièrement important durant la neurogénèse puisque cette orientation ainsi que le mode de division sont impliqués dans la détermination des devenirs cellulaires. Cette fonction de la HTT est conservée chez la D. melanogaster.Cette étude a donc permis de mieux comprendre les fonctions de la HTT, et de proposer de nouvelles cibles thérapeutiques pour traiter la MH. / Huntington disease (HD) is an autosomal-dominant neurodegenerative disorder caused by the pathogenic expansion of the poly-glutamine (polyQ) N-terminal stretch in the huntingtin protein (HTT; encoded by HTT). HD is characterized by the dysfunction and death of neurons in the brain, leading to devastating cognitive, psychiatric, and motor symptoms in patients. Studies in multiple cell and animal model systems support the notion that polyQ expansion in mutant HTT leads to the gain of new toxic functions and loss of the neuroprotective functions of the wild-type HTT. During my thesis, I focused on the description and functional validation of a new tool to study HTT: pARIS-htt. pARIS-htt is a synthetic gene built to facilitate cloning and tagging of full-length HTT. Using different cellular approaches, we showed that pARIS-htt can replace endogenous HTT in the transport of Golgi and brain derived neurotrophic factor (BDNF) containing vesicles. pARIS-htt mutant version could not restore vesicular transport when endogenous HTT was knocked-down. Moreover, we generated pARIS-htt deletion mutants for HTT interaction domain with dynein, a minus-end directed motor protein, and huntingtin associated protein 1 (HAP1), a HTT interactor. Both deletion mutants failed to restore vesicular transport in gene replacement assays. Another aspect of my thesis was the study of HTT during mitosis. We showed that HTT monitors spindle orientation though its interaction with diverse proteins involved in cell division. This function is lost when HTT is mutated and can be reverted by Akt phosphorylation at serine 421. The control of spindle orientation is particularly important during neurogenesis since spindle orientation and the mode of division of apical progenitors are implicated in the determination of cell fate. This function of HTT is conserved in D. melanogaster. This study contributes to the understanding of HTT functions and suggests new therapeutical approaches to treat HD.

Les astrocytes joueraient un rôle central dans la physiopathologie des troubles anxio-dépressifs et dans l’activité thérapeutique des antidépresseurs. En effet, différentes études in vitro suggèrent que les inhibiteurs sélectifs de recapture de la sérotonine (ISRS) stimulent la synthèse de substances neuroactives par ces cellules gliales nécessaires à la prolifération, la maturation et la survie neuronale mais également au maintien de la plasticité synaptique. Le Brain-derived neurotrophic factor (BDNF) fait partie de ces substances mais son origine, notamment astrocytaire, doit encore être démontrée dans les systèmes intégrés tel que l’animal vivant. A partir de ce constat, dans une première partie de ce travail de thèse, nous avons donc voulu préciser si les astrocytes constituent une source cellulaire participant à la synthèse et/ou à la libération de BDNF en réponse à l’administration prolongée d’un ISRS, la fluoxétine d’une part chez des souris naïves et d’autre part chez des souris exposées à la corticostérone pendant plusieurs semaines (modèle « CORT »). Pour cela, nous avons utilisé une stratégie de transfection virale induisant la surexpression de BDNF spécifiquement dans les astrocytes de l'hippocampe. Nos résultats mettent en lumière que cette surexpression provoque des effets de types anxiolytiques-antidépresseurs dépendant de la neurogenèse hippocampique chez des souris naïves soumises au test d’hypophagie induite par la nouveauté mais pas dans le modèle CORT. Nous avons également mis en évidence que le BDNF pouvait agir en retour sur les cellules qui l’ont libéré pour renforcer le réseau astrocytaire (mécanisme autocrine) mais également sur les neurones sérotoninergiques pré-synaptiques (mécanisme paracrine) pour exercer un frein sur la libération de sérotonine dans l’hippocampe. Différents arguments de la littérature suggèrent d’ailleurs que ce dernier mécanisme pourrait être favorable à l’activité anxiolytique de la fluoxétine tel que nous l’avons observé dans ce travail. Sachant que les astrocytes expriment à leur surface, une grande variété de récepteurs sérotoninergiques, nous nous sommes ensuite intéressé à la possibilité que le sous-type de récepteur 5-HT2A pourrait être un élément clé dans la synthèse et/ou la libération de BDNF et de ce fait moduler la réponse au stress et celle à la fluoxétine. Lors de cette seconde étude nous avons appliqué une approche génétique utilisant des souris mutées, privées de manière constitutive du récepteur 5-HT2A (5-HT2A-/-). A l’opposé de la surexpression de BDNF dans les astrocytes, nous avons montré que les souris 5-HT2A-/- sont plus sensibles au stress, modélisé par l’exposition chronique à la corticostérone, et semblent résistantes à la fluoxétine comparées aux souris 5-HT2A+/+. Afin de préciser le mécanisme pouvant rendre compte de ces observations, nous avons mis en évidence que l’inactivation du récepteur 5-HT2A s’accompagne d’une hypersensibilité du frein inhibiteur exercé par les autorécepteurs 5-HT1A somatodendritiques sur le tonus sérotoninergique. / Growing evidence demonstrates that astrocytes could play a crucial role in the pathophysiologies of anxiety and depression as well as in the therapeutic activity of antidepressant drugs. Indeed, in vitro studies suggest that the selective serotonin reuptake inhibitors (SSRIs) stimulate the synthesis of neuroactive substances by these glial cells which are necessary for the proliferation and maturation of neuronal progenitors but also for the maintenance of the neuronal survival. Brain-derived neurotrophic factor (BDNF) is one of these substances, but its cellular origin has yet to be demonstrated in embedded systems such as living animals. In this context, the first part of this thesis was aimed at clarifying whether astrocytes constitute a source of BDNF in response to the chronic administration of the SSRI, fluoxetine, in both naive and anxio-depressive mice exposed to corticosterone (" CORT" model). In this prospect, we used a novel and efficient gene transfer strategy inducing BDNF overexpression specifically in the astrocytes of the hippocampus. Our results indicated that BDNF overexpression produced anxiolytic-/antidepressant-like activity in the novelty suppressed feeding paradigm in relation with the stimulation of hippocampal neurogenesis in naive mice but not in the CORT model. We also showed that BDNF could act on astrocytes themselves (autocrine mechanism) to improve the hippocampal astrocytic network but also on the pre-synaptic serotonergic nerve terminals (paracrine mechanism) to limit the local serotonin release. Different arguments from the literature suggest that the latter mechanism may be favorable to an anxiolytic-like activity of fluoxetine. Given that astrocytes express at the surface a variety of serotonin receptors, we then raised the possibility that the 5-HT2A receptor subtype may be a key element in the synthesis and/or release of BDNF and thereby modulating the vulnerability to depression and/or the response of fluoxetine. In the second part of this thesis, a genetic approach with mutant mice constitutively lacking the 5-HT2A receptor (5-HT2A-/-) was applied. In contrast to Lenti-BDNF mice, we showed that 5-HT2A-/- mice were more prone to develop anxio-depressive-like symptoms in response to the chronic exposure to corticosterone. Moreover, these mutants were resistant to the chronic administration of fluoxetine compared to 5-HT2A+/+ wild type mice. In order to clarify the mechanism underpinning these observations, we demonstrated that the inactivation of the 5-HT2A receptor was associated with a hypersensitivity of a negative feedback exerted by the somatodendritic 5-HT1A autoreceptors on serotonergic tone.Together these data suggest that astrocytes act in concert with neurons to regulate mood and antidepressant drug response, notably through the synthesis and/or release of BDNF following the activation of the 5-HT2A receptor. More generally, our results illustrate the concept of the tripartite synapse in which the bidirectional communication between astrocytes and monoaminergic neurons would be essential in the regulation of higher brain functions.

Les inhibiteurs sélectifs de recapture de la sérotonine (ISRS), agonistes indirects des récepteurs de la sérotonine (5-HT), ont un début d'effet antidépresseur retardé de plusieurs semaines. Des travaux antérieurs suggèrent que le récepteur 5-HT4 de la sérotonine serait une cible directe pour traiter la dépression et un nouvel espoir pour traiter plus rapidement ces pathologies anxio-dépressives. Toutefois, l'hypothèse « 5-HT4 » doit encore être validée dans des modèles animaux d'anxiété/dépression. Les questions posées étaient : la stimulation des récepteurs 5-HT4 centraux est-elle nécessaire aux effets comportementaux des ISRS ? la neurogenèse hippocampique adulte contribue-t-elle à ces effets ? En utilisant le modèle de stress chronique à la corticostérone (CORT) chez la souris, nous avons évalué les effets sur ces paramètres d’un traitement chronique avec un agoniste du récepteur 5-HT4 (RS67333, 1,5 mg/kg/jour pendant 4 semaines) comparé à un traitement à la fluoxétine (18 mg/kg/jour). Nous avons ensuite utilisé ce modèle murin combiné à l’ablation de la neurogenèse hippocampique par rayons-X afin d’examiner si la neurogenèse est nécessaire aux effets comportementaux d’un traitement subchronique (7 jours) ou chronique (28 jours) avec le RS67333. Nous avons également évalué le blocage des effets de la fluoxétine par un antagoniste du récepteur 5-HT4 (GR125487, 1 mg/kg/jour). Le traitement chronique avec RS67333, comme celui de la fluoxétine, induit une activité anxiolytique/antidépressive et stimule la neurogenèse hippocampique adulte. Cependant, contrairement à la fluoxétine , les effets anxiolytiques du RS67333 sont déjà présents après 7 jours de traitement, sans nécessité l’activation de la neurogenèse. Le traitement chronique avec le GR125487 empêche les deux effets anxiolytique/antidépresseur et neurogènique de la fluoxétine, indiquant que l'activation du récepteur 5-HT4 est nécessaire à ces effets de l’ISRS. Nous avons ensuite cherché à savoir si le court délai d’action antidépresseur du RS67333 peut être prédit par l'expression d'un biomarqueur périphérique. Des données de la littérature indiquent que la cascade de signalisation de β-arrestine 1 (impliquée dans la désensibilisation et l’internalisation du récepteur 5-HT4) serait un biomarqueur potentiel pré-clinique/clinique des états dépressifs et des effets d’un traitement antidépresseur. À cette fin, nous avons développé une nouvelle méthode d’évaluation des taux de protéines circulantes grâce à une analyse par immunoblot des leucocytes (PBMC) isolés à partir du sang total de souris. Les taux de β-arrestine 1 sont diminués dans les leucocytes des souris pré-traitées à la CORT. Il faut 7 jours de traitement avec le RS67333, mais 28 jours avec la fluoxétine chez ces animaux pour restaurer un taux de β-arrestine 1 comparable à celui des animaux contrôles. Ces résultats suggèrent que le taux sanguin de β-arrestine 1 est un biomarqueur de la rapidité de la réponse antidépressive. Enfin, l'activation du récepteur 5-HT4 dans le cerveau peut représenter une approche thérapeutique innovante d’apparition pour traiter plus rapidement des symptômes dépressifs associés à l’anxiété. / Selective serotonin reuptake inhibitors (SSRIs) display a delayed onset of action of several weeks. Past work demonstrated evidence that the 5-HT4 receptor may be a direct target for treating depression and a new hope for fast acting antidepressant treatment. However, the 5-HT4 hypothesis still needs to be validated in models of anxiety/depression.We decided to investigate whether 5-HT4 receptor stimulation was necessary for the effects of SSRIs in a mouse model of anxiety/depression and whether hippocampal neurogenesis contributed to these effects. Using the mouse corticosterone model of anxiety/depression, we assessed whether chronic treatment with a 5-HT4 receptor agonist (RS67333, 1.5 mg/kg/day) had effects on anxiety and depression-related behaviors as well as on hippocampal neurogenesis in comparison to chronic fluoxetine treatment (18 mg/kg/day). Then, using our model combined with ablation of hippocampal neurogenesis, we investigated whether neurogenesis was necessary for the behavioral effects of subchronic (7-days) or chronic (28-days) RS67333 treatment. We also assessed whether a 5-HT4 receptor antagonist, (GR125487, 1 mg/kg/day) could prevent the behavioral and neurogenic effects of fluoxetine. Chronic treatment with RS67333, similar to fluoxetine, induced anxiolytic/antidepressant-like activity and stimulated adult hippocampal neurogenesis. However, unlike fluoxetine, the anxiolytic effects of RS67333 were already present after 7 days and did not require hippocampal neurogenesis. Chronic treatment with GR125487 prevented both anxiolytic/antidepressant-like and neurogenic effects of fluoxetine, indicating that 5-HT4 receptor activation is necessary for these effects of SSRIs. We then explored whether the fast onset of action of the 5-HT4 receptor agonist RS67333 could be predicted by expression of a peripheral biomarker. The β-arrestin-signaling cascade which is involved in 5-HT4 receptor desensitization and internalization, has recently gained attention as a potential pre-clinical/clinical bridging biomarker for depressive states and treatment effects. To this end, we developed a new method to assess levels of circulating proteins through immunoblot analyses of mouse PBMCs isolated from whole blood of anesthetized animals. While we did not detect any change in β-arrestin 1 in mouse leukocytes after 7 days of fluoxetine in corticosterone-treated animals, a short term treatment with RS67333, restored the level of this protein to control levels. In fluoxetine-treated animals, a restoration was only observed in the corticosterone model after a longer exposure. These results suggest that blood levels of β-arrestin 1 may be a useful biomarker to predict antidepressant/anxiolytic activities. Finally, the activation of 5-HT4 receptors in the brain may represent an innovative and rapid onset therapeutic approach to treat depression with comorbid anxiety.

Les cellules souches neurales quiescentes (CSN) sont le réservoir de la neurogenèse adulte, permettant de produire des nouveaux neurones tout au long de la vie. Cependant, la neurogenèse décroit au cours du vieillissement, provoquant des déclins cognitifs incurables. Afin de mieux comprendre les mécanismes qui contrôlent la prolifération des CSN, nous avons mis en place une méthode de tri par cytométrie en flux qui permet pour la première fois d’isoler les CSN quiescentes et leurs cellules filles dans la ZSV adulte murine. Cette technique nous a permis de prouver que le blocage de la voie GABAAR in vivo provoque l’entrée en cycle des CSN quiescentes. Ainsi, les signaux GABA produits par les neuroblastes dans la ZSV permettent de maintenir les CSN dans leur état de quiescence. Au cours du vieillissement, nous montrons que la production progressive de TGFβ1 par les cellules endothéliales de la niche allonge la phase G1 des CSN activées, diminuant sensiblement la production de nouveaux neurones, sans toutefois diminuer le stock de CSN. Nous mettons ainsi en évidence deux voies majeures contrôlant la prolifération des CSN in vivo, la voie du GABAAR et la voie TGF-β/Smad-3. En vue d’une application thérapeutique, nous prouvons que leur blocage pharmacologique permet de stimuler efficacement la neurogenèse in vivo. / Quiescent neural stem cells (NSCs) are considered the reservoir for adult neurogenesis, generating new neurons throughout life. However, neurogenesis decreases during aging, causing a progressive decline that is currently untreatable. To study the regulatory mechanisms of NSCs proliferation, we set up a new technique allowing the isolation of quiescent NSCs and their progeny. We show that GABAAR directly regulates NSCs quiescence in vivo as the depletion of GABA-producing neuroblasts or GABAAR pathway pharmacological blockade provoked NSCs cell cycle entry in the SVZ. During aging, the stock of NSCs is not perturbed, but we show that an over-production of TGFβ1 by brain endothelial cells directly lengthens activated NSCs G1 phase, strongly decreasing the production of new neurons. These findings highlight GABAAR and TGF-β/Smad-3 as two major pathways controlling NSCs proliferation. In line with a future therapeutic application, we also prove that their blocking stimulates endogenous neurogenesis in vivo.

Les p21-activated kinases (PAK) du sous-groupe I sont impliquées dans de nombreux processus cellulaires tels la prolifération, les mouvements cellulaires, l’adhérence et l’apoptose. Ces kinases sont des effecteurs des Rho-GTPases Rac1 et Cdc42 et participent à la régulation du cytosquelette d’actine. Les deux kinases neuronales PAK1 et PAK3, qui présentent de fortes identités de séquence, régulent le cytosquelette d’actine, contrôlant ainsi la dynamique des épines dendritiques, et la plasticité synaptique.Les mutations du gène pak3, localisé sur le chromosome X, sont responsables de déficience intellectuelle chez l’homme, et les mécanismes moléculaires et cellulaires associés aux défauts cognitifs sont mal connus. Il a été montré que PAK3 participe à la voie proneurale au cours de l’embryogénèse précoce du xénope en favorisant la sortie du cycle cellulaire et la différenciation neuronale. Cependant, le rôle de PAK3 dans la neurogenèse adulte n’a pas été étudié. Or depuis maintenant une quinzaine d’années, il est admis que la neurogenèse perdure à l’âge adulte et participe aux processus de mémorisation et d’apprentissage. Nous nous sommes donc intéressés à l’implication de PAK3 dans la régulation de la neurogenèse adulte, posant l’hypothèse qu’un défaut de neurogenèse serait responsable, au moins en partie, des défauts cognitifs chez les patients. Nous avons montré que PAK3 n’est pas exprimée dans les cellules souches neurales/progéniteurs prolifératifs mais son expression augmente fortement dès le retrait des facteurs de croissance, ex vivo, suggérant un rôle dans la neurogenèse adulte. Nous avons montré que l’invalidation de pak3 provoque une augmentation de la fréquence de neurosphères primaires formées ainsi qu’un accroissement de leur taille, ceci sans affecter la taille du réservoir de cellules souches ni les propriétés cardinales de celles-ci (multipotence, auto-renouvellement et prolifération). Toutefois, les cellules progénitrices pak3- poursuivent leur prolifération dans des conditions de culture induisant normalement la différenciation, suggérant un défaut de sortie du cycle cellulaire.Nous nous sommes ensuite demandé si les mutations de déficience intellectuelle du gène pak3 altèrent la neurogenèse adulte. Nous avons créé pour cela un modèle murin portant la mutation R67C, responsable chez l’homme de la forme la plus sévère de déficience intellectuelle associée aux mutations de ce gène. Nous mettons en évidence, dans cette souris knock-in, une forte diminution du nombre de cellules nouveau-nées dans les deux zones neurogéniques du cerveau (la zone sous-ventriculaire et le gyrus denté de l’hippocampe) et une augmentation de la proportion de neurones nouveau-nés immatures. Ces données suggèrent que la mutation R67C n’induit pas une perte de fonction de la kinase mais un changement de fonction dépendante d’une activation préférentielle par la GTPase Rac1.En conclusion, ce travail de thèse montre que PAK3 participe à la régulation de la neurogenèse adulte chez les mammifères, contrôle la sortie du cycle cellulaire des progéniteurs neuraux et que la mutation R67C impacte la maturation des neurones nouveau-nés. L’ensemble de ces données suggère que les défauts de neurogenèse adulte dus aux mutations de déficience intellectuelle du gène pak3 sont à l’origine de certains dysfonctionnements cognitifs. / The group I p21-activated kinases (PAK) are involved in many cellular processes such as proliferation, cell movement, adhesion and apoptosis. These kinases are effectors of Rho GTPases Rac1 and Cdc42, and participate in the regulation of the actin cytoskeleton. Both neuronal kinase PAK1 and PAK3, which exhibit high sequence identities, regulate the actin cytoskeleton, thereby controlling the dynamics of dendritic spines and synaptic plasticity. Mutations of the X-linked pak3 are responsible for intellectual disability (ID) in humans, and the molecular and cellular mechanisms associated with cognitive defects are poorly described. It was shown that PAK3 participates in the proneural pathway during early Xenopus embryogenic development, by promoting cell cycle exit and neuronal differentiation of neural precursors. However, the role of PAK3 in the adult neurogenesis has not been studied in mammals. It is now generally accepted that neurogenesis persists during human adulthood and is involved in learning and memory. We are therefore interested in the involvement of PAK3 in the regulation of adult neurogenesis, on the assumption that defects in neurogenesis may be responsible, at least in part, for cognitive defects in ID patients.We showed that PAK3 is not expressed in proliferative neural stem/progenitor cells but its expression increased significantly upon growth factor removal, suggesting a role in adult neurogenesis. We showed that the invalidation of pak3 gene causes an increase in the frequency and in size of primary neurospheres. However Pak3 invalidation does not affect the size of the stem cell reservoir nor the NCS cardinal properties (pluripotency, self-renewal and proliferation). However, the pak3- progenitor cells continue their proliferation in culture conditions normally inducing differentiation, suggesting a defect in cell cycle exit. We then asked whether pak3 ID mutations affect adult neurogenesis. We created a knock-in model expressing the pak3-R67C mutation responsible in humans for a severe form of intellectual impairment. We observed in the knock-in mice, a significant decrease in the number of newborn cells in both neurogenic areas of the brain (the subventricular zone inforebrain, and the dentate gyrus of the hippocampus) and an increase in the proportion of immature newborn neurons. These data suggest that the R67C mutation does not induce a loss of function of the kinase but a change of a function dependent on preferential activation by the Rac1 GTPase.In conclusion, we show that PAK3 play an important role in the regulation of adult neurogenesis in mammals by controlling the cell cycle exit of neural progenitors. The R67C ID mutation impacts both newborn cell proliferation and their maturation. Taken together, these data suggest that defects in adult neurogenesis caused by ID mutations in the pak3 gene may be involved in some cognitive dysfunctions.

La stimulation cérébrale profonde (DBS) du gyrus cingulaire subgénual est actuellement en coursd’évaluation comme nouvelle cible thérapeutique chez les patients souffrant de dépression majeure.Afin de caractériser les mécanismes sous-jacents l’action de la DBS, et plus particulièrement, lapossible implication du système glial, les effets de la stimulation du cortex préfrontal infralimbique surplusieurs marqueurs précliniques de la réponse antidépressive ont été évalués chez le rat. Ce travailde thèse, en utilisant des approches électrophysiologiques, immunohistochimiques etcomportementales, montre que la DBS aigue (130 Hz, 150 μA) induit des comportements pseudoantidépresseurs(évalués dans le test de nage forcée) qui sont associés à une augmentation del’activité des neurones 5-HT du raphé dorsal et de la neurogenèse du gyrus denté. De plus, la DBSaigue est capable de renverser les effets du stress sur la métaplasticité synaptique hippocampique.Par ailleurs, la DBS à plus faible intensité (20 μA, 130 Hz) induit des effets pro-cognitifs, i.e. unefacilitation de la plasticité synaptique au sein de l’hippocampe dorsal et une amélioration desperformances mnésiques des rats dans le test de reconnaissance d’objet. De façon importante, ceseffets neurobiologiques sont prévenus par une lésion pharmacologique gliale avec la gliotoxine Lalpha-aminoadipic acid. Ensemble, nos données in vitro et in vivo soulignent pour la première fois lerôle crucial des astrocytes dans les mécanismes d’action de la DBS. Cette étude propose donc quel’intégrité du système glial au niveau le site de stimulation est un pré-requis majeur afin d’optimiserl’efficacité de la DBS / Deep brain stimulation (DBS) of the cingulated gyrus 25 is currently evaluated as a new therapy inpatients with treatment-resistant major depressive disorder. The effects of infralimbic prefrontal cortexDBS on several pre-clinical markers of the antidepressant-like response were assessed in rats toinvestigate the mechanisms underlying DBS action, and particularly, the putative involvement of glialsystem. The present study, using electrophysiological, immunohistochemical and behavioralapproaches, shows that acute DBS (130 Hz, 150 μA) induced an antidepressant-like behavior(evaluated in the forced-swim test) that was associated with an increase of dorsal raphe 5-HTneuronal activity and of dentate gyrus neurogenesis. Moreover, acute DBS was able to reverse theeffects of stress on hippocampal synaptic metaplasticity. Besides, DBS at lower intensity (20 μA, 130Hz) induced pro-cognitive effects, i.e. facilitated the hippocampal synaptic metaplasticity and improvedlearning performance in the novel object recognition task. Importantly, these neurobiological effects ofDBS were prevented by local pharmacological glial lesions with the L-alpha-aminoadipic acid gliotoxin.Taken together, our in and ex vivo findings highlights for the first time the crucial role of glial cells inthe mechanism of action of DBS. The present study, therefore, proposes that an unaltered glial systemwithin stimulation areas may constitute a major prerequisite to optimize DBS efficacy

Every year over 2.5 million traumatic brain injuries (TBI) occur and are the leading cause of death and disability among adolescents. There are no approved treatments for TBI. Survivors suffer from persistent cognitive impairment due to posttraumatic tissue damage and disruption of neural networks which significantly detract from their quality of life. Posttraumatic cognitive impairment depends in part on the brain's limited ability to repair or replace damaged cells. Immature neurons in the hippocampus dentate gyrus, a brain region required for learning and memory, are particularly vulnerable to TBI. Insulin-like growth factor-1 (IGF1) is a potential therapeutic for TBI because it is a potent neurotrophic factor capable of mediating neuroprotection, neuro-repair, and neurogenesis. We hypothesized that conditional IGF1 overexpression in the mouse hippocampus following experimental controlled cortical impact injury (CCI) would enhance posttraumatic neurogenesis chronically. To this end, conditional astrocyte-specific IGF1 overexpressing mice (IGFtg) and wild-type (WT) mice received CCI or sham injury. The proliferation marker BrdU was used to label neurons born the first week after injury. Six weeks after injury, when surviving posttrauma-born neurons would be fully developed, we counted proliferated cells (BrdU+) and the subset expressing a mature neuronal marker (NeuN+/BrdU+) in the hippocampus. We also assessed cognitive performance during radial arm water-maze reversal (RAWM-R) testing, a neurogenesis-sensitive assay. IGF1 promoted end-stage maturity and decreased mis-migration of neurons born after trauma. These effects coincide with IGF1 induced improvements in performance on neurogenesis sensitive cognition following TBI. Mammalian target of rapamycin (mTOR), an early signaling molecule downstream of IGF1, has been identified as a potential target for TBI interventions because of its regulatory role in neuronal plasticity and neurogenesis. However, recent studies have also reported maladaptive plasticity and recovery associated with posttraumatic mTOR activation. It is imperative to elucidate the mechanism of action of IGF1 during pre-clinical evaluations. We hypothesized that IGF1 mediates posttraumatic neurogenic effects through IGF1 induction of mTOR activation. We injured cohorts of IGFtg and WT mice and harvested their brains for immunohistochemistry to assess IGF1 overexpression effects on posttraumatic mTOR activation at 1, 3, and 10 days post-injury (dpi). We found that IGF1 upregulated mTOR activation following TBI in a region-specific manner at 1 and 3dpi. To determine if IGF1 regulated differentiation and arborization through the mTOR pathway, injured WT and IGFtg mice received daily i.p. injections of rapamycin (10mg/kg), the inhibitor of mTOR, or its vehicle for 7 days. Vehicle and rapamycin administration began 3dpi, after the cells dividing at the peak of posttraumatic proliferation were labeled with BrdU. IGF1 enhancement of posttraumatic neurogenesis was not dependent on mTOR activation. In summary, IGF1 directs newborn neuron localization, promotes end-stage maturation, and chronically improves cognition. IGF1 can stimulate posttraumatic neurogenesis and plasticity independent of mTOR activation. These data suggest that IGF1 can stimulate neuron replacement following trauma-induced hippocampal neuron loss and cognitive improvement. Further studies should investigate IGF1 and mTOR inhibition as a combination therapy for neurorehabilitation.

Une même hormone peut exercer des effets différents sur le développement des caractéristiques de type femelle selon la période à laquelle elle est produite : lstradiol nous a ainsi dévoilé son double jeu, révélant à la fois des effets déféminisants prénataux pouvant sexercer jusqu5ème jour postnatal et des effets féminisants sexerçant dès le 15ème jour postnatal. / A steroid hormone can have different effects on female characteristics development according to the period it is produced : estradiol has defeminizing effects on brain development until postnatal day 5, and feminizing effects from postnatal day 15.

En els darrers anys s'ha produït un gran avenç en l'enteniment dels mecanismes implicats en la inducció de la placoda òtica. Tanmateix, poc es coneix encara de com s'estableix un domini amb competència neural i un altre no-neural i aquest ha estat l'objectiu d'aquesta tesi doctoral. Hem analitzat els mecanismes moleculars rellevants per la regionalització primarenca de la placoda òtica i hem explorat el paper de Sox3 i Lmx1b en l'establiment i manteniment d'un territori competent neural, emprant l'embrió de pollet com organisme model. Els resultats mostren que el gen Sox3, inicialment expressat en un territori extens, es regionalitza en un domini òtic i epibranquial proneural. La sobreexpressió de Sox3 a estadis preòtics, indueix la generació de precursors neuronals que expressen Sox2 i Delta1, però aquests no aconsegueixen progressar a estadis de major diferenciació. A la vegada, Sox3 és capaç de inhibir la expression de Lmx1b, un gen expressat en el domini no-neural, suggerint que el seu patró final depèn de l'activitat neurogènica de la oïda interna. Finalment, presento evidències que la senyalització mitjançada per BMP té un paper primerenc en l'establiment de l'expressió de Lmx1b en el territory òtic, però que ni l'activitat de BMP ni l'expressió de Lmx1b influencien el procés de determinació neural. En conclusió, els nostres resultats posen de relleu nova informacióour dels mecanismes moleculars que governen els primers passos de la competencia neural i regionalizació de la placoda òtica en un territori neural i un no-neural. / During the last years, a great progress has been made in understanding the mechanisms involved in otic induction but the mechanism behind otic patterning into neural and non-neural domains is still an open question and the major aim of this work was to address this question. We have analyzed the molecular mechanisms underling the early regionalization of the otic placode, and explored the role of Sox3 and Lmx1b in the establishment and maintenance of a neural competent domain in the otic placode by using the chick as a model system. The results show that Sox3 expression initially expressed in a broad domain gets regionalized in otic/epibranchial proneural domain. Overexpression of Sox3 at preotic stages can induce ectopic neuronal precursor cells expressing Sox2 and Delta1 but does not allow the ectopically developed neuronal precursor cells for further differentiation. Sox3, besides providing neural competence to the proneural domain, regulates the posterior non-neural gene Lmx1b suggesting that its final expression pattern depends on the neural activity. Finally, I present evidence that BMP signaling has an early role in inducing Lmx1b expression in the otic field but that neither BMP activity nor Lmx1b expression influence neural commitment. Taken together, our results provide new information and shed light on the molecular mechanisms that underlie the first steps of the neural competence and otic patterning in proneural and non-neural domain.