Les neurones nocicepteurs jouent un rôle clé dans la défense de l’organisme. Dans le cas des réactions inflammatoires, ils initient des réflexes protecteurs tels que la toux, les vomissements, où les démangeaisons, et participent à la régulation de plusieurs mécanismes physiologiques, notamment la réponse immunitaire. Ils jouent ainsi un rôle prépondérant dans l’inflammation de type 2, souvent associée aux allergies. Mais les mécanismes qui permettent l’activation de ces neurones dans ce contexte sont encore mal connus. Au cours de ce projet de recherche, nous avons exploré la capacité des neurones nocicepteurs à détecter les signaux immunitaires spécifiquement associés à l’asthme. Nous avons ainsi identifié les caractéristiques des nocicepteurs des voies aériennes. Nous avons également démontré leur sensibilité aux allergènes grâce à l’expression du récepteur aux immunoglobulines de type E, FcεR1, ainsi que leur capacité à modifier leur transcriptome en réponse aux cytokines IL-4 et IL-13. Ces travaux soutiennent l’importance de la communication entre systèmes nerveux et immunitaires, et mettent en évidence de nouvelles cibles pour limiter la contribution neuronale aux réactions allergiques. / Nociceptor neurons play a major role in organism defense. In the context of inflammation, they initiate protective reflexes such as cough, vomiting, or itch, and participate in the regulation of various physiological mechanisms, including the immune response. They notably participate in type 2 inflammation, often associated with allergies. But the mechanisms driving the activation of nociceptor neurons in this context are still elusive. During this research project, we investigated the ability of nociceptor neurons to sense immune signals specifically associated with asthma. We identified the characteristics of airway innervating nociceptors. We also demonstrated their sensitivity to allergens through the expression of the Immunoglobulin E receptor FcεR1, as well as their ability to change their transcriptome in response to IL-4 and IL-13. This work supports the importance of bidirectional communication between the nervous and immune systems and unravels new targets to regulate neuronal contribution to inflammation.

La voie de signalisation mTORC1 (mechanistic target of rapamycin complex 1) est cruciale pour la croissance de l’organisme. Dans les neurones matures, mTORC1 régule la synthèse des protéines ainsi que la plasticité synaptique à la base de l’apprentissage et de la formation de la mémoire. Des dérégulations de mTOR constituent la cause de plusieurs maladies monogéniques (mTORpathies) et sont impliquées aussi bien dans des troubles neurodéveloppementaux que neuropsychiatriques. L’une des mTORpathies, la sclérose tubéreuse, est causée par des mutations des gènes codant pour les inhibiteurs de mTORC1, les complexes 1 et 2 de la sclérose tubéreuse (Tsc1 et Tsc2). Elle est associée à l’épilepsie, l’autisme et aux déficiences intellectuelles. Le rôle de mTORC1 dans les neurones excitateurs est largement connu, pourtant, son implication dans la modulation des circuits inhibiteurs corticaux a été très peu investiguée. Dans le cerveau, les interneurones inhibiteurs GABAergiques (cellules produisant l’acide gamma-aminobutyrique) sont caractérisés par leur grande diversité de morphologies, connectivités et propriétés électrophysiologiques. Les Basket Cells qui expriment la parvalbumine (PV) ciblent spécifiquement le soma et les dendrites proximales de centaines de neurones excitateurs. Cela étant, les cellules PV sont positionnées de façon stratégique pour contrôler la génération des potentiels d’actions. En particulier, l’arborisation axonale ainsi que la densité synaptique des cellules PV subissent des changements drastiques dans le jeune cerveau en développement. Par ailleurs, des altérations dans le fonctionnement des cellules PV ont été associées aux maladies du spectre de l’autisme. Les mécanismes moléculaires et cellulaires sous-jacents le développement de la connectivité des cellules PV sont très peu investigués. En particulier, dans quelle mesure et comment une dérégulation de la voie de signalisation mTORC1 affecterait le développement des cellules PV est inconnue. D’un autre côté, il a été rapporté qu’en plus de dysfonctionnements cognitifs, les maladies du spectre de iv l’autisme sont également caractérisées par des déficits dans le traitement sensoriel. Environ 90% des patients de cette pathologie subissent des expériences sensorielles atypiques telles qu’une hyper et hypo-réactivité et des réponses anormales aux stimuli tactiles. À cet égard, les anomalies sensorielles font désormais partie intégrante des critères de diagnostic de l’autisme. Pourtant, les mécanismes neurobiologiques à l’origine des déficits sensoriels demeurent encore mal connus. Vu l’importance de la voie mTORC1-TSC1 dans la physiologie neuronale et du fait que les mutations de TSC1 génèrent des traits autistiques, nous proposons l’hypothèse selon laquelle la dérégulation Tsc1-dépendante de la voie mTOR dans les cellules PV engendre une perturbation de la connectivité de ces dernières, provoquant une altération des comportements relatifs à la sclérose tubéreuse. Les résultats présentés dans cette thèse démontrent qu’une haploinsuffisance ou une absence totale de TSC1 soit dans des cellules PV isolées, en cultures organotypiques, ou dans toute la population de cellules PV in vivo entraîne une croissance précoce des branchements axonaux et de la densité des boutons synaptiques formés par les cellules mutantes, ce qui est suivie par une perte exagérée de leur innervation chez les souris adultes. Par ailleurs, les souris hétérozygotes PV-Cre;Tsc1flox/+ et knock-out PV-Cre;Tsc1flox/flox comparativement aux souris saines présentaient des déficits dans les comportements sociaux. Aussi, nous avons identifié les dysfonctionnements dans l’autophagie comme mécanismes moléculaires sous-jacents la perte des synapses PV chez les souris mutantes. Enfin, nous avons démontré l’existence d’une période critique se situant entre les 2e et 3e semaines postnatales durant laquelle un traitement à la Rapamycine qui inhibe l’hyperactivation de mTORC1 découlant de l’haploinsuffisance de TSC1 est suffisante pour renverser de façon permanente les déficits synaptiques et comportementaux des animaux mutants. Aussi, l’haploinsuffisance de TSC1 dans les cellules PV entraîne une augmentation de la discrimination tactile chez les animaux mutants. Par ailleurs, nous avons trouvé que les v connectivités glutamatergiques aussi bien intra-corticales que thalamocorticales sur les cellules PV sont réduites chez les adultes mutants comparativement aux contrôles alors que chez les souris pré-adolescentes, elles ne sont pas affectées. Finalement, une restriction sensorielle par l’intermédiaire de la coupe de moustaches pendant la fenêtre critique identifiée est suffisante pour renverser le phénotype d’hypersensibilité de ces animaux. Dans son ensemble, cette thèse apporte les preuves du rôle particulier de la signalisation mTORC1 dans la régulation du développement et du maintien de la connectivité des cellules PV et établit le ciblage de ces dernières comme bases mécanistiques d’un renversement des déficits dans les comportements sociaux et la discrimination sensorielle relatifs à l’autisme dans la sclérose tubéreuse. / Mechanistic target of rapamcyin (mTORC1) is a central player in cell growth throughout the organism. However, mTORC1 takes on additional, more specialized roles in the brain, for example, regulating neuron differentiation and glutamatergic synapse formation. In addition, in mature neuron, mTORC1 regulates protein synthesis-dependent and synaptic plastic changes underlying learning and memory. mTOR dysfunctions are the root cause of several monogenetic disorders (mTORpathies) and are implicated in both neurodevelopmental and neuropsychiatric disorders. One of the most studied mTORpathy is Tuberous Sclerosis, which is caused by mutations in the mTORC1-negative regulators Tuberous Sclerosis Complex 1 or 2 (TSC1 or TSC2). Tuberous Sclerosis is associated with neurological problems, including epilepsy, autism and intellectual disabilities. The role of mTORC1 in excitatory neurons has been extensively investigated, on the other hand whether and how it modulates cortical inhibitory circuit formation is not known. Within the forebrain, inhibitory GABAergic (γ-aminobutyric acid producing) interneurons possess the largest diversity in morphology, connectivity, and physiological properties. Cortical parvalbumin (PV)-positive basket cells (BC) specifically target the soma and proximal dendrites of excitatory neurons. PV cells are strategically positioned to control the generation of action potentials and are also strongly interconnected, which promotes their synchronous activity. The correct development of inhibitory interneurons is crucial for functional circuits. In particular, the axonal arborisation and synapse density of PV interneurons change in the postnatal brain. Interestingly, altered PV cells function has been associated to neurodevelopmental disorders, such as autism spectrum disorders (ASDs), both in human and animal models. How and whether mTORC1 signaling affects PV cell development is unknown. In addition to cognitive impairments, ASDs often result in sensory processing deficits. About 90% of ASD individuals have atypical sensory experiences, described as both hyper- and hypo-reactivity, with abnormal responses to tactile stimulation representing a very frequent finding. In fact, sensory abnormalities are now commonly recognized as diagnostic criteria in ASDs. However, the neurobiological mechanisms that underlie impaired sensory processing associated with ASDs are poorly understood. Mindful of the importance of TSC1-mTOR pathway for neuronal physiology and since mutations in Tsc1 give rise to autistic traits, we questioned whether and how Tsc1 deletion selectively in PV cells affects their connectivity, and whether and to what extent these alterations in cortical PV cell circuits might be contributing to changes in behaviours downstream of altered mTOR signaling. The results presented in this thesis show that Tsc1 haploinsufficiency causes a premature increase in terminal axonal branching and bouton density formed by mutant PV cells, followed by a loss of perisomatic innervation in adult mice. Further PV cell-restricted Tsc1 haploinsufficient and knockout mice, respectively PV-Cre;Tsc1flox/+ and PV-Cre;Tsc1flox/flox mice show deficits in social behaviour. Moreover, we identify autophagy dysfunctions as molecular mechanisms underlying PV synapses loss in PV-Cre;Tsc1flox/+ and PV-Cre;Tsc1flox/flox mice. Finally, we identify a sensitive period during the third postnatal week during which treatment with the mTOR inhibitor Rapamycin rescues deficits in both PV cell innervation and behavioral deficits in adult conditional haploinsufficient mice. We further find that PV-Cre;Tsc1flox/+ mice show increased texture discrimination. Our data also demonstrate that mutant PV cells show reduced cortical and thalamocortical glutamatergic inputs in adult mice, whereas they do not exhibit any alterations of these inputs in pre-adolescent mice. Finally sensory modulation by whisker trimming during the third postnatal week rescues texture discrimination hypersensitivity in adult conditional haploinsufficient mice. Altogether, this thesis demonstrates the crucial role of mTORC1 signaling in the regulation of the developmental time course and maintenance of cortical PV cell connectivity and support a mechanistic basis for the targeted rescue of social behaviors and sensory processing in disorders associated with deregulated mTORC1 signaling.

Thèse ou mémoire avec insertion d'articles / Introduction : Dans les services de garde éducatifs à la petite enfance (SGÉE) au Québec, peu de ressources professionnelles du réseau de la santé et des services sociaux sont déployées pour soutenir l'inclusion des tout-petits présentant une diversité de profils. Les enfants autistes intégrés dans les SGÉE bénéficient généralement d'une structure claire et des exigences adaptées à leurs capacités. Plusieurs ont des sensibilités sensorielles différentes de la majorité qu'il convient de considérer pour mieux favoriser leur participation. Les éducatrices connaissent toutefois peu de stratégies en lien avec celles-ci et il est pertinent de déterminer comment les outiller sur le sujet. Objectifs : La présente thèse vise donc à répondre à la question de recherche : Comment renforcer les capacités des éducatrices en services éducatifs à la petite enfance à soutenir la participation de l'enfant autiste avec des sensibilités sensorielles? Pour y répondre, trois objectifs ont été poursuivis : 1) déterminer les interventions existantes en ergothérapie pour renforcer les capacités des adultes significatifs dans la vie de l'enfant; 2) développer une intervention faisable et acceptable pour renforcer les capacités des éducatrices à la petite enfance à favoriser la participation d'un enfant autiste avec des sensibilités sensorielles; 3) évaluer les retombées de cette intervention. Méthodes : Pour le premier objectif, un examen de la portée a été réalisé pour décrire les interventions documentées dans la littérature. Pour le deuxième objectif, des actrices clés des réseaux de la santé et des SGÉE ont été sollicitées pour développer une intervention qui répondait aux besoins et à la réalité de chacun. Pour répondre aux deuxième et troisième objectifs, une étude de cas multiples avec six éducatrices à la petite enfance qui accueillent un enfant autiste a permis de documenter la faisabilité et l'acceptabilité de cette intervention ainsi que ses retombées. Résultats : Un total de 28 articles a été inclus dans l'examen de la portée. L'analyse de leurs résultats, combinée à des échanges avec des ergothérapeutes cliniciennes, a permis de décrire trois types d'intervention de renforcement des capacités : 1) transfert d'information à l'adulte; 2) activité faite avec l'enfant et l'adulte; 3) résolution de problème avec l'adulte. Ces définitions et le cadre de référence clinique développé par Ashburner, Rodger, Ziviani et Hinder (2014) ont contribué au développement d'une intervention qui incluait un transfert d'information par cinq capsules vidéo, combinées à une résolution de problème sous la forme de trois à cinq rencontres de coaching individuel. Les perspectives de six éducatrices quant à la faisabilité et l'acceptabilité de l'intervention mise en place étaient positives, bien qu'elles aient suggéré des manières de faciliter son implantation. L'intervention a contribué à la mise en place de stratégies variées, à une meilleure participation de l'enfant dans les défis ciblés par l'éducatrice et à l'amélioration du sentiment de compétence de l'éducatrice. Conclusion : Cette thèse permet de mettre en évidence la possibilité de renforcer les capacités des éducatrices avec une intervention de courte durée. Pour ce faire, il est toutefois essentiel d'aller au-delà du transfert d'information en accompagnant l'éducatrice dans un processus de résolution de problèmes. Il est critique de rendre le soutien professionnel plus accessible dans les SGÉE pour soutenir le développement et la participation d'une plus grande diversité d'enfants. / Introduction: In Quebec, few health professionals work in early childhood daycares to support the inclusion of young children with a variety of profiles. Autistic children included in mainstream daycares often function better with clear routines and expectations. Many of them also have different sensory needs that should be considered to better support their participation. However, educators feel ill-equipped in relation to these needs. Objectives: This thesis seeks to answer the research question: How is it possible to build the capacity of early childhood educators to support the participation of the autistic child with different sensory needs? To answer this question, this research included three objectives: 1) identify existing occupational therapy capacity-building interventions to support significant adults in the child's life, 2) develop a feasible and acceptable intervention to build the capacity of early childhood educators to support the participation of an autistic child with unmet sensory needs, and 3) evaluate the outcomes of this intervention. Methods: For the first objective, a scoping review was conducted to describe the interventions documented in the literature. For the second objective, discussions with key stakeholders from healthcare services and daycares were carried to develop an intervention that met their needs and reality. With regard to the second and last objective, a multiple case study with six early childhood educators who worked with an autistic child documented the feasibility and acceptability of the intervention and its outcomes. Results: The scoping review included 28 articles. Analysis of their results, combined with discussions with clinical occupational therapists, enabled the descriptions of three types of capacity-building interventions: 1) knowledge sharing with the adult, 2) doing an activity with the child and the adult, and 3) problem-solving with the adult. These definitions and the clinical framework developed by Ashburner, Rodger, Ziviani, and Hinder (2014) contributed to the development of an intervention that included knowledge sharing with five educational videos combined with problem-solving through three to five individual coaching meetings. The perspectives of the six educators who participated in this project regarding the feasibility and acceptability of the intervention were positive, although they suggested ways to facilitate its implementation. The intervention contributed to the implementation of various strategies, to a better participation of the child in the challenges identified by the educator, and to the improvement of the educator's sense of competence. Conclusion: This thesis highlights the possibility of building educators' capacity with a short-term intervention. Nevertheless, to do so, it is essential to go beyond sharing information by accompanying the educator in a problem-solving process. Professional services should be more accessible in early childhood daycares to support the development and participation of a greater diversity of children.

Selon l’Association Internationale pour l’Étude de la Douleur, la douleur neuropathique est causée par « une lésion ou une maladie du système somatosensoriel ». Actuellement, il n’existe pas de test permettant de la diagnostiquer avec certitude. En médecine humaine, les suspicions cliniques reposent essentiellement sur les caractéristiques de la douleur perçue par le patient. En effet, le mélange de douleurs lancinantes et fulgurantes souvent de très forte intensité, et les termes utilisés pour les décrire, permettent de poser un diagnostic présomptif. En revanche, chez les personnes non-communicantes ainsi que chez nos patients en médecine vétérinaire, la douleur neuropathique devient extrêmement difficile à déceler. Elle pose aussi un problème éthique puisque ces douleurs sont souvent qualifiées d’insoutenables et sont notoirement réfractaires aux traitements analgésiques conventionnels. Faute de données spécifiques, le Conseil sur la douleur de l’Association internationale des vétérinaires pour les animaux de compagnie (WSAVA Global Pain Council) base ses recommandations thérapeutiques sur des succès anecdotiques relevés dans des rapports de cas ou des données tirées de la médecine humaine. Notre étude s’articulait autour de trois objectifs principaux : 1) Évaluer la fiabilité et la faisabilité des tests proposés pour explorer les profils somatosensoriels chez des chiens de propriétaires, incluant une nouvelle méthode dynamique permettant d’évaluer le système endogène de modulation de la douleur ; 2) Identifier une population de chiens de propriétaires présentant de la douleur neurologique chronique à composante neuropathique d’apparition spontanée, en se basant sur les recommandations données en médecine humaine, et caractériser la douleur neuropathique dans ce groupe, en comparant les profils somatosensoriels et les concentrations en cytokines inflammatoires de ces chiens avec ceux d’un groupe contrôle ; 3) Suivre l’évolution des profils somatosensoriels, des concentrations en cytokines inflammatoires et des scores de douleur/qualité de vie des chiens neuropathiques enrôlés dans un essai clinique croisé prospectif, partiellement masqué et randomisé, afin d’évaluer les effets du placebo, du gabapentin seul ou administré en combinaison avec le méloxicam sur ces paramètres. Nos hypothèses étaient que la méthodologie proposée serait fiable et faisable pour évaluer les profils somatosensoriels chez les chiens de propriétaires, et que la population de chiens souffrant de douleur neuropathique diffèrerait du groupe contrôle par leurs concentrations en cytokines inflammatoires, leurs seuils nociceptifs et leur capacité à moduler la douleur après application d’un stimulus conditionnant. Enfin, il était attendu que les traitements actifs (gabapentin et gabapentin-méloxicam) altèreraient les profils somatosensoriels, les scores de douleur/qualité de vie et les concentrations en cytokines inflammatoires des patients neuropathiques. Les tests quantitatifs sensoriels retenus pour évaluer la population de chiens neuropathiques dans la seconde partie du projet (stimulations mécanique et électrique) étaient fiables, faciles à réaliser et bien tolérés. L’évaluation du système inhibiteur descendant induit par les stimulations nociceptives (système endogène de modulation de la douleur; DNIC) a permis de mettre en évidence une dysfonction de la capacité de modulation de la douleur chez les chiens neuropathiques. L’administration de gabapentin combiné ou non avec le méloxicam a eu pour effet de « normaliser » les profils somatosensoriels dynamiques (augmentation du nombre de chiens présentant une inhibition après l’application d’un stimulus conditionnant). Les scores de douleur/qualité de vie ont évolué en faveur d’une amélioration avec l’administration de gabapentin seul ou en combinaison avec le méloxicam. Les concentrations en cytokines inflammatoires et les profils somatosensoriels statiques (les seuils nociceptifs), quant à eux, n’étaient pas différents entre les groupes et n’ont pas significativement varié avec les traitements étudiés. À travers ces études, nous avons présenté de nouvelles techniques de QST fiables et faisable chez le chien. Nous avons également montré que l’évaluation du DNIC est possible dans l’espèce canine, et que les chiens présentant une douleur chronique à composante neuropathique ont un DNIC déficient. L’évaluation des profils somatosensoriels dynamiques et des scores de douleur/qualité de vie supportent l’utilisation du gabapentin seul ou en combinaison avec le méloxicam pour le traitement médical de la douleur neuropathique chez le chien, tel que recommandé par les spécialistes du WSAVA. / According to the International Association for the Study of Pain, neuropathic pain is caused by "a lesion or a disease of the somatosensory system". Currently, there is no definitive test available to diagnose neuropathic pain. In humans, the presumptive diagnosis is essentially based on the characteristics of the pain perceived by the patient. In non-communicative individuals, on the other hand, just like in our patients in veterinary medicine, the diagnosis of neuropathic pain is difficult and poses an ethical problem because this type of pain is often qualified as unbearable and known to be refractory to conventional therapies. In the absence of specific data, the Global Pain Council of World Small Animal Veterinary Association (WSAVA) based its treatment recommendations of neuropathic pain on anecdotal veterinary reports, case reports or data from human medicine. This PhD program had three main objectives: 1) To assess the reliability and feasibility of the tests proposed to explore the somatosensory profiles in client-owned dogs, including a method to assess the descending noxious inhibitory controls; 2) To identify a population of client-owned dogs with naturally-occurring neuropathic pain, based on the recommendations from human medicine ; and to characterize neuropathic pain in this group, by comparing the somatosensory profiles and the serum levels of inflammatory cytokines of these dogs with those of a control group; 3) To determine the effects of placebo, gabapentin alone or in combination with meloxicam on the somatosensory profiles, concentrations of inflammatory cytokines and pain scores of dogs with naturally-occurring neuropathic pain managed medically, in a prospective, partially masked and randomized crossover clinical trial. Our hypotheses were that the proposed methodology would be feasible and reliable, allowing to assess somatosensory profiles of client-owned dogs, and that dogs with neuropathic pain would differ from the control group in their serum concentrations of inflammatory cytokines, their nociceptive thresholds and their ability to modulate pain after the application of a conditioning stimulus. Gabapentin and gabapentin-meloxicam would change somatosensory profiles, pain scores and serum concentrations of inflammatory cytokines of dogs with neuropathic pain. 7 The quantitative sensory tests (electrical and mechanical stimulations) were easy to perform, well tolerated and reliable. The evaluation of the diffuse noxious inhibitory control (endogenous pain modulation system; DNIC) revealed a dysfunction of the pain modulation capacity in neuropathic dogs. Administration of gabapentin with or without meloxicam had a "normalizing" effect on the dynamic somatosensory profiles (increase in the number of dogs showing inhibition after application of a conditioning stimulus). Pain / quality of life scores improved after gabapentin alone or in combination with meloxicam. On the other hand, serum concentrations of inflammatory cytokines and static somatosensory profiles (nociceptive thresholds) were not different between groups and did not vary significantly with treatments. Through these studies, we have presented new reliable and feasible QST techniques in dogs. We have also shown that the evaluation of the DNIC is possible in the canine species, and that dogs with chronic pain with a neuropathic component have a deficient DNIC. The assessment of the dynamic somatosensory profiles and pain / quality of life scores support the use of gabapentin alone or in combination with meloxicam for the medical management of neuropathic pain in dogs, as recommended by WSAVA specialists.