La communication entre les neurones est fondée sur leur capacité à changer leur patron de décharge pour l’encodage de différents messages. Pour plusieurs fonctions vitales, comme la respiration et la mastication, les neurones doivent pouvoir générer des patrons d’activité répétitifs, et les groupes de neurones responsables de ces décharges rythmiques sont des
générateurs de patron central (GPC). En dépit de recherches soutenues, les mécanismes précis qui sous-tendent la rythmogénèse dans les GPCs ne sont pas bien définis. Le plus souvent, la potentielle contribution des astrocytes demeure grandement inexplorée, même si ces cellules sont aujourd’hui connues pour leur implication dans la modulation synaptique neuronale.
Pour nos travaux, le noyau sensoriel principal du trijumeau (NVsnpr) a été pris comme modèle à cause de son rôle central dans les mouvements rythmiques de la mastication. Dans ce noyau, des travaux antérieurs ont montré que la décharge en bouffées rythmiques est déclenchée dans les neurones lorsque la concentration de calcium extracellulaire ([Ca2+]e) est artificiellement baissée. Nous fondant sur cette observation, notre première hypothèse a postulé que la baisse de la [Ca2+]e pouvait survenir de façon physiologique en lien avec des stimulations sensorielles pertinentes. Deuxièmement, parce que les astrocytes ont été impliqués dans le tamponnage et l’homéostasie d’ions extracellulaires comme le K+, nous avons postulé que ces cellules pouvaient jouer un rôle équivalent dans le contrôle de la [Ca2+]e.
Nos résultats montrent que les astrocytes peuvent réguler la [Ca2+]e et ainsi contrôler la capacité des neurones à changer leur patron de décharge. Premièrement, en stimulant les afférences sensorielles au NVsnpr, nous avons montré que des baisses physiologiques de la [Ca2+]e sont observées en parallèle à l’apparition de bouffées rythmiques neuronales. Deuxièmement, nous avons démontré que les astrocytes répondent aux mêmes stimuli qui induisent l’activité rythmique neuronale, et que leur blocage avec un chélateur de Ca2+ empêche les neurones de générer un patron de décharge en bouffées rythmiques. Cette habilité est rétablie en rajoutant la S100β, une protéine astrocytaire liant le Ca2+, dans le milieu extracellulaire, alors que l’anticorps anti-S100β empêche l’activité rythmique. Ces résultats indiquent que les astrocytes régulent une propriété neuronale fondamentale : la capacité à changer de patron de décharge. Ainsi, les GPCs dépendraient des fonctions intégrées des astrocytes et des neurones. Ces découvertes pourraient avoir des implications transposables à plusieurs autres circuits neuronaux dont la fonction dépend de l’induction d’activité rythmique. / Communication between neurons rests on their capacity to change their firing pattern to
encode different messages. For several vital functions, such as respiration and mastication,
neurons need to generate a repetitive firing pattern, and the groups of neurons responsible for
these rhythmic discharges are called central pattern generator (CPG). Despite intense research
in this field, the exact mechanisms underlying rhythmogenesis in CPGs are not completely
defined. In most instances, the potential contribution of astrocytes is largely unexplored, even
though these cells are now well known to be involved in neuronal synaptic modulation.
In our work, the trigeminal main sensory nucleus (NVsnpr) was used as a model owing to its
central role in the rhythmic movement of mastication. Previous work have shown that
rhythmic bursting discharge is triggered in NVsnpr neurons when extracellular calcium
concentration ([Ca2+]e) is artificially decreased. Based on this observation, our first hypothesis
postulated that the reduction of [Ca2+]e could also happen physiologically in relation to
relevant sensory stimulation. Secondly, because astrocytes have been involved in the buffering
and the homeostasis of extracellular ions like potassium, we have postulated that these cells
could also play a role in the control of [Ca2+]e.
The results presented in this thesis show that astrocytes can regulate [Ca2+]e and thus
control the ability of neurons to change their firing pattern. First, we showed that stimulation
of sensory afferent fibers to the NVsnpr induced neuronal rhythmic bursting and in parallel
reduction of [Ca2+]e . Secondly, we have demonstrated that astrocytes respond to the same
sensory stimuli that induce neuronal rhythmic activity, and their blockade with a Ca2+ chelator
prevents generation of neuronal rhythmic bursting. This ability is restored by adding S100β,
an astrocytic Ca2+-binding protein, to the extracellular space, while the application of an anti-
S100β antibody prevents generation of rhythmic activity. These results indicate that astrocytes
regulate a fundamental neuronal property: that is the capacity to change their firing pattern.
Thus, CPG functions result from integrated neuronal and glial activities. These findings may
have broad implications for many other neural networks whose functions depend on the
generation of rhythmic activity.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:umontreal.ca/oai:papyrus.bib.umontreal.ca:1866/18377 |
| Date | 12 1900 |
| Creators | Morquette, Philippe |
| Contributors | Kolta, Arlette, Robitaille, Richard |
| Source Sets | Université de Montréal |
| Language | French |
| Detected Language | French |
| Type | Thèse ou Mémoire numérique / Electronic Thesis or Dissertation |
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