Dans les processus d'apprentissage corticaux complexes, divers mécanismes inhibiteurs GABAergiques jouent un rôle crucial, avec le récepteur GABA$\sf{_A}$ contenant la sous-unité alpha5 (α5-GABA$\sf{_A}$R) occupant le devant de la scène. Ce récepteur est situé de manière proéminente dans le domaine extrasynaptique des cellules pyramidales hippocampiques CA1 et néocorticales de la couche 5, où il orchestre la conductance inhibitrice tonique, influençant potentiellement la plasticité synaptique et différents types d'apprentissage. Malgré son importance, l'expression synaptique et la fonction spécifique de l'α5-GABA$\sf{_A}$R restent inconnues. Pour répondre à ces questions, nous avons d'abord mené une étude approfondie dans le stratum oriens/alveus (O/A) de la région hippocampique CA1 en utilisant l'immunohistochimie, des enregistrements patch-clamp de cellules entières et une stimulation optogénétique dans des tranches d'hippocampe de souris. Nos résultats ont révélé une expression préférentielle de l'α5-GABA$\sf{_A}$R dans les synapses inhibitrices formées par les terminaisons positives au peptide intestinal vasoactif (VIP+) et la calrétinine (CR) sur les dendrites des interneurones exprimant la somatostatine (SOM). À l'inverse, les synapses formées par les entrées inhibitrices positives de la parvalbumine (PV) présentaient une expression minime ou inexistante de l'α5-GABA$\sf{_A}$R. En approfondissant les implications fonctionnelles, nous avons exploré le rôle spécifique de l'α5-GABA$\sf{_A}$R dans l'apprentissage spatial et le comportement lié à l'anxiété à l'aide de tests comportementaux et de manipulations chimiogénétiques. Notamment, l'inhibition de l'α5-GABA$\sf{_A}$R chez les souris contrôles a amélioré l'apprentissage spatial mais a induit un comportement anxieux. Par contre, chez les souris avec les interneurones VIP inactivées, l'amélioration de l'apprentissage spatial a été maintenue sans l'anxiété associée, mettant l'accent sur le rôle de l'α5-GABA$\sf{_A}$R localisé au niveau des synapses VIP+ dans l'anxiété. Deuxièmement, en nous concentrant sur les circuits corticaux, nous avons étudié l'équilibre délicat entre l'excitation et l'inhibition dans le cortex moteur en relation avec les troubles neurologiques génétiques. Notre étude a révélé une hyperexcitabilité du circuit chez des souris femelles asymptomatiques portant l'expansion répétée du cadre de lecture ouvert 72 (C9orf72) du chromosome 9 associée à la sclérose latérale amyotrophique (SLA) et au trouble de dégénérescence lobaire fronto-temporale (DLFT). Malgré l'absence de symptômes du SLA manifestes, ces souris présentaient une anomalie du cortex moteur, caractérisée par une réduction du nombre de neurones pyramidaux de la couche 5 du cortex moteur primaire (M1). Les neurones survivants présentaient une fonction préservée de l'α5-GABA$\sf{_A}$R mais une diminution de l'inhibition, ce qui entraînait une activation accrue de M1 lors de la locomotion animale à grande vitesse. Collectivement, cette double exploration de la fonction α5-GABA$\sf{_A}$R dans les circuits hippocampiques et néocorticaux fait non seulement progresser notre compréhension des mécanismes inhibiteurs aux niveaux moléculaires et synaptiques, mais contribue également à une vision globale du paysage complexe des troubles neurologiques génétiques et de leurs mécanismes sous-jacents. / In the intricate landscape of cortical learning processes, diverse GABAergic inhibitory mechanisms play a crucial role, with the alpha5 subunit-containing GABA$\sf{_A}$ receptor (α5-GABA$\sf{_A}$R) taking center stage. This receptor is prominently situated in the extrasynaptic domain of CA1 hippocampal and layer 5 neocortical pyramidal cells, where it orchestrates tonic inhibitory conductance, potentially influencing synaptic plasticity and different types of learning. Despite its significance, the synaptic expression and site-specific function of α5-GABA$\sf{_A}$R remain elusive. To unravel this mystery, we, first, conducted a comprehensive investigation in the CA1 stratum oriens/alveus (O/A) utilizing immunohistochemistry, whole-cell patch-clamp recordings, and optogenetic stimulation in mouse hippocampal slices. Our findings revealed a preferential targeting of α5-GABA$\sf{_A}$R to inhibitory synapses formed by vasoactive intestinal peptide (VIP)- and calretinin (CR)-positive terminals onto dendrites of somatostatin-expressing interneurons. Conversely, synapses established by parvalbumin-positive (PV+) inhibitory inputs showed minimal or no presence of α5-GABA$\sf{_A}$R. Delving deeper into the functional implications, we explored the input-specific role of α5-GABA$\sf{_A}$R in spatial learning and anxiety-related behavior using behavioral testing and chemogenetic manipulations. Intriguingly, inhibiting α5-GABA$\sf{_A}$R in control mice enhanced spatial learning but induced anxiety-like behavior. Remarkably, in mice with inactivated CA1 VIP input, spatial learning improvement was maintained without the associated anxiety, emphasizing the role of α5-GABA$\sf{_A}$R in phasic inhibition via VIP input to interneurons regulating anxiety. Second, shifting our focus to cortical circuits, we investigated the delicate balance between excitation and inhibition in the motor cortex in relation to genetic neurological disorders. Our study uncovered circuit hyperexcitability in asymptomatic female mice carrying the chromosome 9 open reading frame 72 (C9orf72) repeat expansion associated with amyotrophic lateral sclerosis (ALS) and frontotemporal lobar degeneration (FTLD) spectrum disorder. Despite lacking overt symptoms, these mice exhibited abnormal motor cortex output, characterized by a reduction in the number of primary motor cortex (M1) layer 5 pyramidal neurons. Surviving neurons displayed preserved function of the α5-GABA$\sf{_A}$R but decreased inhibitory drive, resulting in heightened M1 output during high-speed animal locomotion. Collectively, this dual exploration of the α5-GABA$\sf{_A}$R function in hippocampal and neocortical circuits not only advances our understanding of molecular and synaptic inhibitory mechanisms but also contributes to a comprehensive insight into the intricate landscape of genetic neurological disorders and their underlying mechanisms.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LAVAL/oai:corpus.ulaval.ca:20.500.11794/145643 |
| Date | 20 June 2024 |
| Creators | Amalyan, Sona |
| Contributors | Topolnik, Lisa |
| Source Sets | Université Laval |
| Language | French |
| Detected Language | French |
| Type | COAR1_1::Texte::Thèse::Thèse de doctorat |
| Format | 1 ressource en ligne (xiii, 163 pages), application/pdf |
| Rights | http://purl.org/coar/access_right/c_abf2 |
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