Dissertations / Theses on the topic 'Motoneurones'

L'Atròfia Muscular Espinal (AME) és una malaltia neurodegenerativa greu i la primera causa genètica de mort infantil. S'origina per la pèrdua o mutació del gen Survival Motor Neuron 1 (SMN1) que causa una deficiència de la proteïna de Survival Motor Neuron (SMN). La reducció d'aquesta proteïna condueix principalment a la degeneració de les motoneurones (MNs) de la medul·la espinal i, en conseqüència, produeix atròfia i feblesa del múscul esquelètic. Actualment, només es coneix parcialment quins mecanismes cel·lulars i moleculars exactes són els responsables de la pèrdua de funció de les MNs. La reducció de SMN causa degeneració de les neurites i mort cel·lular sense característiques apoptótiques clàssiques. L'autofàgia és un procés important i altament regulat, essencial per a l'eliminació d'orgànuls danyats i substàncies o proteïnes tòxiques a través de la degradació amb els lisosomes. L'autofàgia és especialment important en cèl·lules post-mitòtiques, com les MNs, on l'acumulació d’autofagosomes provoca la interrupció del transport axonal, la interferència del trànsit intracel·lular i la degeneració de les neurites. El que és ben sabut en l'AME és que el nivell intracel·lular de proteïna SMN defineix l'inici i la gravetat de la malaltia i això està parcialment determinat pel nombre de còpies del gen SMN2, la duplicació centromérica de SMN i el principal modificador de l'AME. Per aquesta raó, comprendre els processos que regulen la degradació de SMN amb la finalitat d'identificar compostos que augmentin els nivells de proteïnes és el principal objectiu en el desenvolupament terapèutic per a l’AME. Les calpaínes són una família de proteases dependents de calci que s'han relacionat amb trastorns musculars i malalties neurodegeneratives. Específicament, s'ha descrit en el múscul que SMN pot ser proteolizada per calpaína. L'activitat de la calpaína també està involucrada en la regulació de l'autofàgia mitjançant la modulació de múltiples de les proteïnes involucrades en el procés. L'objectiu en el present treball ha estat analitzar la desregulació de l'autofàgia i determinar la participació de la calpaína en la regulació de la proteïna SMN en les MNs per a aprofundir en l'origen de la neurodegeneración i desenvolupar un nou enfocament terapèutic per a l'AME. Per aquesta finalitat, hem analitzat marcadors autofágics en diferents models in vitro d’AME, tant de ratolí com d'humà. Els resultats van mostrar que, tant els autofagosomes com els nivells de LC3 es troben augmentats en les mostres d’AME en comparació amb els controls, la qual cosa suggereix una desregulació del procés d'autofàgia al llarg de la progressió de la malaltia. A més, la reducció dels nivells endògens de calpaína utilitzant un shRNA van mostrar un augment dels nivells de Smn i LC3, alhora que prevenia la degeneració neurítica que es produeix en les MNs de ratolí afectats per AME. Es van obtenir resultats similars en experiments in vitro utilitzant un inhibidor farmacològic de calpaína, la calpeptina. Tanmateix, l'activació de la calpaína produïda per condicions despolarizants induïa la proteólisis de l’α-fodrina i de SMN, la qual cosa confirma que calpain regula directament els nivells de proteïna SMN en les MNs. A més, el tractament amb calpeptina in vivo va millorar significativament l'esperança de vida i la funció motora de dos models de ratolins amb AME, la qual cosa demostra la utilitat potencial dels inhibidors de la calpaína en la teràpia per a la malaltia. Finalment, l'anàlisi de la via de la calpaína en ratolins i models cel·lulars humans d’AME va indicar un augment de l'activitat de la calpaína en les MNs amb nivells reduïts de SMN. Per tant, els nostres resultats demostren que l'activitat de la calpaína es troba sobreactivada en les MNs d’AME i que la seva inhibició pot tenir un efecte beneficiós sobre el fenotip de la malaltia a través de l'augment de SMN i la regulació del procés d'autofàgia en les MNs de la medul·la espinal.
La atrofia muscular espinal (AME) es una enfermedad neurodegenerativa grave y la primera causa genética de muerte infantil. Se origina por la pérdida o mutación del gen Survival Motor Neuron 1 (SMN1) que causa una deficiencia de la proteína de Survival Motor Neuron (SMN). La reducción de esta proteína conduce predominantemente a la degeneración de las motoneuronas (MNs) de la médula espinal y, en consecuencia, produce atrofia y debilidad del músculo esquelético. Actualmente, solo se conoce parcialmente que mecanismos celulares y moleculares exactos son los responsables de la pérdida de función de las MNs. La reducción de SMN causa degeneración de neuritas y muerte celular sin características apoptóticas clásicas. La autofagia es un proceso importante y altamente regulado, esencial para la eliminación de orgánulos dañados y sustancias o proteínas tóxicas a través de la degradación con los lisosomas. La autofagia es especialmente importante en células post-mitóticas, como las MNs, donde la acumulación de autofagosomas provoca la interrupción del transporte axonal, la interferencia del tráfico intracelular y la degeneración de las neuritas. Lo que es bien sabido en la AME es que el nivel intracelular de proteína SMN define el inicio y la gravedad de la enfermedad y esto está parcialmente determinado por el número de copias del gen SMN2, la duplicación centromérica de SMN y el principal modificador de la AME. Por esa razón, comprender los procesos que regulan la degradación de SMN con la finalidad de identificar compuestos que aumentan los niveles de proteínas es el principal objetivo en el desarrollo terapéutico de AME. Las calpaínas son una familia de proteasas dependientes de calcio que se han relacionado con trastornos musculares y enfermedades neurodegenerativas. Específicamente, se ha descrito en el músculo que SMN puede ser proteolizada por calpaína. La actividad de la calpaína también está involucrada en la regulación de la autofagia mediante la modulación de múltiples de las proteínas involucradas en el proceso. El objetivo en el presente trabajo ha sido analizar la desregulación de la autofagia y determinar la participación de la calpaína en la regulación de la proteína SMN en las MNs para profundizar en el origen de la neurodegeneración y desarrollar un nuevo enfoque terapéutico para la AME. Con este fin, hemos analizado marcadores autofágicos en diferentes modelos in vitro de AME, tanto de ratón como de humano. Los resultados mostraron que los autofagosomas y los niveles de LC3 se encuentran aumentados en las muestras de AME en comparación con los controles, lo que sugiere una desregulación del proceso de autofagia a lo largo de la progresión de la enfermedad. Además, la reducción de los niveles endógenos de calpaína utilizando un shRNA muestraron un aumento de los niveles de Smn y LC3, a la vez que previene la degeneración neuritica que se produce en las MNs de ratón afectados por AME. Se obtuvieron resultados similares en experimentos in vitro utilizando un inhibidor farmacológico de calpaína, la calpeptina. Asimismo, la activación de calpaína producida por condiciones despolarizantes inducia la proteólisis de α-fodrina y de SMN, lo que confirma que calpain regula directamente los niveles de proteína SMN en las MNs. Además, el tratamiento con calpeptina in vivo mejoró significativamente la esperanza de vida y la función motora de dos modelos de ratones con AME, lo que demuestra la utilidad potencial de los inhibidores de la calpaína en la terapia para la enfermedad. Finalmente, el análisis de la vía de la calpaína en ratones y modelos celulares humanos de AME indicó un aumento de la actividad de la calpaína en las MNs con niveles reducidos de SMN. Por lo tanto, nuestros resultados demuestran que la actividad de la calpaína se encuentra sobreactivada en las MNs de AME y su inhibición puede tener un efecto beneficioso sobre el fenotipo de la enfermedad a través del aumento de SMN y la regulación del proceso de autofagia en las MNs de la médula espinal.
Spinal Muscular Atrophy (SMA) is a severe neurodegenerative disease and the first genetic cause of infant death. It is originated by the deletion or mutation of Survival Motor Neuron 1 (SMN1) gene causing a Survival Motor Neuron (SMN) protein deficiency. The reduction of this protein predominantly leads to the degeneration of spinal cord motoneurons (MNs) and consequently produces skeletal muscle atrophy and weakness. The exact cellular and molecular mechanisms responsible for MN loss of function are only partially known. SMN reduction causes neurite degeneration and cell death without classical apoptotic features. Autophagy is an important and highly regulated process, essential for the removal of damaged organelles and toxic substances or proteins through lysosome degradation. This mechanism is specifically important in post-mitotic cells like MNs where autophagosome accumulation causes axonal transport disruption, interference of intracellular space trafficking, and neurite degeneration. What is well known in SMA is that intracellular SMN protein levels are critical to define the disease onset and severity, and this is partially determined by the number of copies of SMN2, the centromeric duplication of the SMN gene and the main modifier of SMA. For that reason, understanding the processes of SMN stability and degradation to identify compounds that increase protein levels is a major goal in SMA therapeutics development. Calpains are a family of calcium-dependent proteases that have been related to muscle disorders and neurodegenerative diseases. Specifically, it has been described in muscle that SMN can be a proteolytic target of calpain. Calpain activity is also involved in autophagy regulation by modulation of multiple proteins involved in the process. The objectives in the present work have been to analyze the autophagy deregulation and determine the involvement of calpain in SMN protein regulation on MNs, in order to deepen in the origin of neurodegeneration and to develop a new therapeutic approach for SMA disease. To this end, we have analyzed autophagic markers in different mouse and human SMA in vitro models. The results showed that autophagosomes and LC3 levels were increased in SMA samples compared to controls, suggesting a deregulation of the autophagy process throughout the disease progression. Moreover, calpain knockdown using an shRNA approach showed an increase of both, Smn and LC3 levels and prevented neurite degeneration occurred in SMA affected mouse MNs. Similar results were obtained in in vitro experiments using a pharmacological calpain inhibitor, calpeptin. Likewise, calpain activation produced by depolarized conditions induced α-fodrin and SMN proteolysis, confirming that calpain directly regulates the SMN protein level in MNs. Additionally, calpeptin in vivo treatment significantly improved the lifespan and motor function of two severe SMA mouse models, demonstrating the potential utility of calpain inhibitors in SMA therapeutics. Finally, the analysis of calpain pathway members in mice and human cellular SMA models indicated an increase of calpain activity in SMN-reduced MNs. Thus, our results show that calpain activity is increased in SMA MNs and its inhibition may have a beneficial effect on the SMA phenotype through the increase of SMN and the regulation of the autophagy process in spinal cord MNs.

La deuxième semaine qui suit la naissance est critique pour le développement du système locomoteur de la souris. C’est pendant cette semaine que les souriceaux acquièrent leur posture et commencent à marcher. Cette transformation implique une réorganisation en profondeur des éléments composant les unités motrices. Cependant, nous ne savons encore que peu de choses sur la différenciation des propriétés intrinsèques des motoneurones innervant les fibres musculaires. Contrairement à l’adulte, où la décharge démarre au début de la stimulation, les motoneurones de souriceaux déchargent de façon hétérogène. En effet, une stimulation au seuil induit chez certains motoneurones une décharge commençant au début du créneau alors que la décharge est retardée dans d’autres motoneurones. Par des enregistrements de motoneurones sur des tranches de moelle épinière à P6-P10, j’ai dans un premier temps caractérisé les courants sous‐tendant la décharge retardée et j’ai constaté que deux conductances potassiques (l’une ressemblant au courant de type A et l’autre très lente) étaient activées autour du seuil de décharge. Lorsqu’elles s’activent, ces conductances sont capables d’hyperpolariser le potentiel de membrane et d’empêcher le motoneurone de décharger. Puis, en s’inactivant, la membrane se dépolarise et le neurone commence à décharger avec un retard pouvant aller jusqu’à plusieurs secondes après le début du créneau. En outre, les deux populations de motoneurones présentent des propriétés électro-physiologiques et morphologiques différentes. Les motoneurones à décharge retardée possèdent un arbre dendritique plus ramifié que ceux à décharge immédiate. En conséquence, les motoneurones à décharge retardée possèdent une conductance d’entrée et un seuil de recrutement plus faible. De plus le temps de relaxation de l’hyperpolarisation suivant chaque potentiel d’action (AHP) est plus long dans les motoneurones à décharge immédiate. Enfin, une partie des motoneurones à décharge retardée exprime la protéine chondrolectine récemment décrite comme un marqueur moléculaire des motoneurones de type rapide. L’ensemble de nos résultats nous permet de faire l’hypothèse que les motoneurones à décharge retardée sont des motoneurones innervant les unités motrices de type rapide alors que ceux à décharge immédiate innervent les unités motrices de type lent. Dans un second temps, j’ai étudié l’effet de la mutation SOD1 G93A, un modèle murin de la sclérose latérale amyotrophique, sur les motoneurones spinaux à P6‐P10. Sachant que cette maladie affecte les motoneurones de façon différente à l’âge adulte, j’ai cherché à savoir si, chez les souriceaux SOD1 G93A, les motoneurones à décharge retardée et immédiate étaient affectés de la même façon. Mes résultats montrent que seuls les motoneurones à décharge immédiate sont hyperexcitables. Pour ces motoneurones, le seuil de décharge est plus hyperpolarisé et leurs dendrites sont plus courtes de 35%. Ces résultats amènent à reconsidérer le lien supposé entre hyperexcitabilité et dégénérescence des motoneurones
In the second postnatal week, the locomotor behavior of mice changes from crawling to walking. This is made possible by profound changes in motor units. Yet, how the discharge properties of spinal motoneurons evolve during post-­‐natal maturation and whether they have an effect on the motor unit maturation remains an open question. In neonates, the spinal motoneurons display two modes of discharge. For threshold pulses, 33% of the motoneurons have a discharge that start at the current onset and adapts during the pulse (“immediate firing motoneurons”). The remaining 66% motoneurons fire with a large delay and the discharge then accelerates throughout the pulse (“delayed firing motoneurons”). Though the delayed firing pattern is quite common in spinal motoneurons of neonates, the ionic mechanisms that elicit this mode of discharge have received little attention. Using the patch-clamp technique to record P6‐P10 mouse motoneurons in a spinal cord slice preparation, I characterized the ionic currents that underlie the delayed firing pattern. This is caused by a combination of an A-like potassium current that acts on a short time scale and a slow‐inactivating potassium current that delays the discharge on a much longer time scale. I then investigated how these two potassium currents contribute to the recruitment threshold and how they shape the F-I function of delayed motoneurons in neonatal mice. The slow inactivating potassium current induces memory effects that have a strong impact on motoneuron excitability and on its discharge. Building on these results, I tried to correlate the discharge pattern to known physiological sub‐types. The delayed firing motoneurons have a larger input conductance, a higher rheobase, a narrower action potential, a shorter AHP and a more complex dendritic arbor than the immediate firing motoneurons. Additionally, only a sub-­‐population of the delayed firing motoneurons expressed the chondrolectin protein, a fast motoneuron marker. Based on this body of corroborating evidence, the immediate firing motoneurons would be slow type motoneurons whereas the delayed firing motoneurons would be fast type motoneurons. Finally, numerous electrical and geometrical abnormalities have been observed in spinal motoneurons of SOD1 G934 mice (model of the amyotrophic lateral sclerosis) during the second post-natal week but the results were somehow contradictory. In relation to the known differential sensitivity to the disease exhibited by slow and fast motoneurons, I investigated whether the immediate and delayed firing motoneurons are equally affected by the SOD1 mutation. This is not the case. I found that the SOD1 mutation induced a decrease in the rheobase and a hyperpolarization of the voltage threshold only in the immediate firing motoneurons, thereby making them more excitable than in WT mice. Furthermore, the dendrites of the immediate firing motoneurons are substantially shorter (about 35%) in the mutant than in the WT. In sharp contrast, the excitability of the delayed firing motoneurons is unchanged and the dendritic tree is nearly unaffected (the dendrites only undergo a 10% elongation). These results allow for reconsidering the link between hyperexcitability and degenerescence of the motoneurons

L’Esclerosi Lateral Amiotròfica (ELA o ALS) és una malaltia neuromuscular caracteritzada per la degeneració selectiva de les motoneurones (MN) superiors e inferiors del còrtex motor, el tronc de l’encèfal i la medul•la espinal, que resulta en una debilitat, espasticitat i atròfia progressives de la musculatura. Menys del 10% dels casos corresponen a la forma familiar de la malaltia, i un 20% d’aquests estan relacionats a mutacions en el gen de l’enzim superòxid dismutasa 1 (mSOD1). La resta de casos corresponen a la forma esporàdica. Les causes implicades en la degeneració selectiva de les MN en la ELA són encara desconegudes. La seva patogènesi s’ha atribuït a diversos mecanismes com serien l’estrès oxidatiu, l’agregació proteica anormal, la disfunció mitocondrial, el transport axonal aberrant, la neuroinflamació, l’autoimmunitat o l’excitotoxicitat per glutamat. En el present estudi hem treballat amb dues d’aquestes hipòtesis en avaluar l’efecte dels sèrums de pacients amb ELA i altres malalties de la MN sobre l’activitat del receptor ionotròpic de glutamat de tipus N-metil-D-Aspartat (NMDAR), expressat en el model d’oòcit de Xenopus laevis. Mitjançant assaigs de ELISA hem analitzat la presència d’autoanticossos associats a ELA en el sèrum de pacients. L’acció dels sèrums control i patològics en els oòcits de Xenopus produïa la generació de corrents oscil•latoris de clorur (Cl-). Aquests corrents havien estat prèviament descrits en aquestes cèl•lules i són deguts a l’activació dels canals de Cl- dependents de calci (Ca2+), endògens en els oòcits de Xenopus, a causa de la mobilització de Ca2+ intracel•lular. L’alliberació de Ca2+ dels compartiments intracel•lulars es activada per l’acció d’un factor sèric, anomenat àcid lisofosfatídic o lisofosfatidat (LPA), sobre el seu receptor, present en la membrana dels oòcits, i a través d’una via de senyalització de segons missatgers. Així doncs, en aquest model, la generació de corrents oscil•latoris de Cl- és una mesura indirecta de la mobilització intracel•lular de Ca2+. En presència del NMDAR, les respostes generades pel sèrum ELA eren significativament superiors a les activades pel sèrum d’individus sans i d’altres malalties de la MN. La resposta generada pel sèrum ELA presentava una dependència respecte de la presència de les dues subunitats del NMDAR i era sensible al bloqueig del receptor amb MK-801, un antagonista no competitiu. Vàrem reproduir els experiments amb sèrums del model de rata transgènica mSOD1 G93A, considerat un model de la forma familiar de la malaltia. Les mostres de sèrum mSOD1 G93A generaven, en presència del NMDAR, respostes significativament superiors a les activades pel sèrum de rata WT. En analitzar l’acció de la fracció de IgG purificada dels sèrums control i patològics en el model d’oòcit de Xenopus, es generaven corrents transitoris d’entrada de tipus no oscil•latori, els quals diferien dels generats en el cas del sèrum complet. La resposta activada per IgG de pacients amb ELA en presència del NMDAR era també significativament superior a la generada per les IgG d’individus sans. En la segona part d’aquest estudi s’ha comprovat la presència d’anticossos contra la proteïna Semaforina 3A (Sema3A) en alguns sèrums de ELA i Lower Motor Neuron Disease (LMND), una altra forma comuna de malaltia de la MN. La Sema3A és una molècula quimiotàctica de guia axonal recentment relacionada amb la patologia de la ELA en detectar-se una sobreexpressió d’aquesta proteïna en cèl•lules de Schwann terminals del model de ratolí mSOD1 G93A. Tot i descartar-se que els anticossos contra Sema3A siguin un marcador específic de la ELA, al no detectar-se en tots el sèrums de pacients, i alhora, al estar presents també en algunes mostres LMND, aquests autoanticossos podrien tenir un efecte defensiu contra les senyals nocives exercides per Sema3A sobre els axons de les MN.
Amyotrophic lateral sclerosis (ALS) is a devastating neuromuscular disease, characterized by the selective degeneration of the superior motor neurons in the motor cortex and of the inferior motor neurons in the brain-stem and spinal cord. The familial form of the illness is associated with the mutation of the superoxide dismutase enzyme (SOD-1). This and other mutations accounts for fewer than 10% of cases; the rest, more than 90%, correspond to the sporadic form. In this study we tested the effect of sera from sporadic ALS patients and from mutated human SOD-1 (mSOD1 G93A) transgenic rats on N-methyl-D-aspartate receptors (NMDAR). We hypothesize that an endogenous excitotoxic factor is implicated in neuronal death in ALS, mediated by the activation of NMDAR noncanonical signalling pathways. Sera from ALS patients or healthy subjects were pretreated to inactivate complement pathways and dialysed to remove glutamate. Sera from mSOD1 G93A rats were obtained at different stages of the neurodegenerative progression. Sera from transgenic rats were also pretreated to eliminate complement system and glutamate. Immunoglobulins G (IgGs) from ALS patients and healthy subjects were obtained by affinity chromatography and dialyzed against phosphate-buffered saline. Human NMDAR were expressed in Xenopus laevis oocytes, and glutamate-induced currents were recorded using the two electrode voltage clamp technique. We observed that sera from sporadic ALS patients induced transient oscillatory currents in Xenopus oocytes expressing NMDAR with a total electric charge significantly higher than the electric charge carried by currents induced by sera from healthy subjects. The currents were inhibited by MK-801, a noncompetitive blocker of NMDAR. Results of sera from mSOD1 G93A transgenic rats were similar to those of sera from ALS patients; samples from patients with another type of neuromuscular disease did not exert this effect. IgG from ALS patients have a significant effect on NMDAR-injected oocytes and that response was doubled respect to the observed in the case of IgG from healthy subjects. Our data agree with the view that ALS patients sera contain some soluble factors that activates NMDAR, not opening directly the ionic conductance, but activating a non-canonical pathway.

La posture, composante statique du contrôle moteur permettant une position érigée du corps, repose sur une décharge tonique des motoneurones innervant nos muscles antigravitaires. La décharge prend la forme de « potentiel de plateau » au niveau de motoneurones matures chez de nombreux vertébrés. Pour déterminer une éventuelle concordance entre l'émergence des propriétés de plateau et le développement postural, notre travail a eu pour but d'étudier la maturation et la nature ionique des potentiels de plateau des motoneurones innervant le muscle triceps surae (extenseur de la cheville) chez le rat nouveau-né.La réalisation de ces travaux de thèse nous a permis de dégager un mécanisme fondamental dans la genèse des propriétés de plateau des motoneurones lombaires. Ce mécanisme dont le fondement repose sur l'activation d'un « ménage à trois » jouerait un rôle majeur dans le développement moteur chez le rat. Dans la mesure où les potentiels de plateau des motoneurones sont fortement perturbés à la suite d'une lésion médullaire, cette avancée scientifique permettra éventuellement de mieux comprendre l'origine de certains déficits sensori-moteurs (spasticité, hyperalgésie...) et le développement de nouvelles stratégies thérapeutiques
Posture allowing an erect posture of the body relies on spiking activity of motoneurons innervating antigravitary muscle. Discharge could take the form of plateau potential on mature motoneurons of numerous vertebrates. To determine a possible concordance between the emergence of plateau potential and postural control development, we studied the maturation and ionic nature of plateau potential of motoneurons innervating triceps surae muscle of neonatal rat.The conclusion of our work allows us to propose a fundamental mechanism in the genesis of plateau potential on lumbar motoneurons. This mechanism based on a "ménage a trois" seems to play an important role in the neonatal motor development. This scientific advance could eventually lead to a better understanding of the origin of some sensori-motor impairments (spasticity, hyperalgesia...) and development of therapeutic strategies

Dans la moelle lombaire de chat adulte, deux populations de motoneurones se distinguent par leur cible musculaire: les motoneurones alpha et gamma. Dans ce travail, les questions suivantes ont ete abordees: 1) les motoneurones sont-ils des la naissance identifiables comme alpha ou gamma ? pour repondre a cette question, nous avons utilise les criteres ultrastructuraux d'identification etablis chez le chat adulte. 2) comment l'equipement synaptique des motoneurones est-il remanie pendant le developpement postnatal ? dans une premiere etape, nous avons examine en microscopie electronique les motoneurones du muscle peroneus brevis chez des chatons ages de 1 et 3 semaines. Deux resultats originaux se degagent: 1) malgre la presence de motoneurones alpha et gamma identifies, certains motoneurones presentent des signes d'immaturite tels que leur identification est impossible. 2) le nombre de terminaisons sur le compartiment somatique ne varie pas apres la naissance. Cependant, une elimination synaptique peut etre masquee par l'arrivee de nouvelles synapses. Dans une deuxieme etape, nous avons effectue une analyse quantitative sur coupes semi-fines des terminaisons gaba et/ou glycine-immunoreactives contactant les motoneurones alpha pendant la periode postnatale et chez l'adulte. Une etude immunocytochimique ultrastructurale a ete realisee en parallele. Deux resultats principaux se degagent: 1) alors que le systeme glycinergique afferent aux motoneurones alpha est le systeme inhibiteur preponderant chez l'adulte, les systemes gabaergique et glycinergique ont des poids similaires aux stades 1 et 3 semaines postnatales. La proportion des terminaisons contenant les deux neurotransmetteurs augmente entre les stades 1 et 3 semaines et diminue ensuite. 2) les synapses p gabaergiques, correlats morphologiques de l'inhibition presynaptique de la connexion monosynaptique des fibres afferentes ia avec les motoneurones alpha, sont presentes des la premiere semaine postnatale. Les profils gaba-immunoreactifs en contact avec les motoneurones correspondent a des synapses qui sont majoritairement de type f

La sclérose latérale amyotrophique (SLA) est une maladie neurodégénérative fatale de l'âge adulte, caractérisée par une perte de motoneurones, conduisant à une atrophie et une faiblesse musculaires. Des mutations de la superoxyde dismutase-1 (SOD1) provoquent une forme génétique de SLA. Comme chez les patients atteints de SLA, le modèle animal de SLA, SOD1 mutant, révèle que tous les motoneurones sont inégalement sensibles à l'évolution de la maladie. Les mitochondries, centrales énergétiques des cellules, sont des organelles précocement touchées dans la pathologie de la SLA. Un mécanisme attrayant qui sous-tend la susceptibilité différentielle est la nécessité bioénergétique variable de sous-ensembles distincts de motoneurones. Cela implique que dans le système nerveux central, la demande bioénergétique pourrait moduler le seuil pathologique. Même en l'absence de perte bioénergétique, on peut imaginer une situation dans laquelle une contrainte pathologique modifie le niveau à partir duquel la production ou la livraison de l'ATP devient insuffisant, précipitant la chute des neurones les plus vulnérables. Dans les neurones, la majorité de l'ATP est produite par les mitochondries et l'homéostasie des gradients d'ions est le procédé le plus énergivore. La fonction mitochondriale est moindre pour modifier les propriétés électriques des motoneurones si la disponibilité en ATP devient insuffisante pour permettre aux pompes ioniques de maintenir des gradients appropriés. Nous avons démontré que la concentration intracellulaire basale d’ATP dans des cultures de neurones moteurs est diminuée dans les cellules mutées SOD1 par rapport au type sauvage. Paradoxalement à ce résultat, le taux de consommation d'oxygène des mitochondries est augmenté dans les motoneurones SOD1m et il n'existe aucune preuve d'une augmentation de la consommation. Nos résultats appuient l'hypothèse intéressante qu'il y a un découplage entre la chaîne respiratoire et la production d'ATP. Ce découplage peut être utilisé comme une stratégie pour minimiser les propriétés toxiques des mitochondries hyper stimulées
Amyotrophic lateral sclerosis (ALS) is a fatal adult-onset neurodegenerative disorder characterized by a loss of motor neurons, leading to muscle wasting and weakness. Mutations in superoxide dismutase-1 (SOD1) cause a form of ALS. As in ALS patients, the mutant SOD1 animal model of ALS reveals that not all motor neurons are equally susceptible to the disease process. An attractive mechanism underlying differential susceptibility is the variable bioenergetics need of distinct subsets of motor neurons. This implies that within the CNS, bioenergetics can modulate the pathological threshold. Even in the absence of loss in bioenergetics, one can envision a situation in which a pathological stress alters the level at which either the production or delivery of ATP becomes insufficient, precipitating the demise of the most vulnerable neuron types. In neurons, majority of ATP is produced by mitochondria and the homeostasis of ion gradients is the most energy-consuming process. Reduced mitochondrial function will modify the electrical properties of motor neurons if ATP availability becomes insufficient to allow ion pumps to maintain appropriate gradients. We demonstrated that the basal ATP intra-cellular concentration in motor neuron cultures lower in SOD1 mutated cells compared to wild type. Paradoxically to this result, the oxygen consumption rate of mitochondria is increase in mSOD1 cells and there is no evidence for an increase of consumption. Our results support the interesting hypothesis that there is an uncoupling between the respiratory chain and the ATP production. This uncoupling might be used as a strategy to minor the toxic properties of hyper stimulated mitochondrion

Au cours du développement embryonnaire, l’établissement de circuits neuronaux fonctionnels requière la mise en place de projections axonales correctes. Cette étape est contrôlée par des molécules de guidage axonal telles que les sémaphorines. Dans la première partie de ma thèse, j’ai caractérisé, par hybridation in situ, l’expression motoneuronale des sémaphorines sécrétées et de leurs récepteurs, les neuropilines et les plexines. Des combinaisons d’expression de ces molécules définissent des sous populations de motoneurones. La délétion génétique de deux sémaphorines sécrétées perturbant l’établissement des frontières entre ces populations, nous suggérons que les sémaphorines sécrétées participent à l’organisation positionnelle des motoneurones. Dans la seconde partie, je me suis focalisée sur l’activité d’une sémaphorine individuelle, Sema3E. Chez des embryons délétés du gène Sema3E, les projections de deux types neuronaux sont affectées. En culture, ils répondent à Sema3E de façon opposée (attractive ou répulsive). L’étude moléculaire de cette bi fonctionnalité montre que le récepteur PlexineD1 est nécessaire aux deux activités et que la présence du co-récepteur Neuropiline1 est nécessaire et suffisante pour spécifier une réponse attractive. Nous discutons des récepteurs aux sémaphorines sécrétées lors de la signalisation individuelle de ces dernières, puis suggérons que l’expression combinatoire de ces signaux modulerait des réponses binaires en réponses graduelles, ou plus encore, générerait de nouvelles informations de guidage axonal nécessaires à l’établissement des nombreuses connections neuronales existantes
During embryonic development, the establishment of functional neuronal circuits requires the correct wiring of axonal projections. This process is controlled by axonal guidance cues like the semaphorins. In the first part of my thesis, I characterized the expression of secreted semaphorins and their receptors, neuropilins and Plexines, in motor neurons by in situ hybridization. The combinatorial expression of these molecules defines subpopulations of motor neurons. The genetic deletion of two secreted semaphorins disturbing the boundaries between these populations; we suggest that secreted semaphorins control the positional organization of motor neuron subpopulations. In a second part, I focused my work on the activity of a specific semaphorin, Sema3E. In Sema3E mutant embryos, projections of two neuronal types are affected. In culture, these two populations respond differentially to Sema3E which is either attractive or repulsive. The molecular study of this bi functionality shows that PlexinD1 receptor is necessary to both activities and that the presence of the co-receptor Neuropilin1 is necessary and sufficient to specify an attractive response. We discuss about receptors to the secreted semaphorins during their individual signaling, and suggest that the combinatorial expression of these cues might modulate the binary responses into graduated responses, or moreover, might generate new axonal guidance information that are required to establish the numerous existing neuronal connections. Key words: semaphorins, neuropilins, plexins, axonal guidance, motor pools, bi functionality

All motor behaviours are expressed via the activation of alpha motoneurones, the final common path of the central nervous system. The corticospinal tract conveys neural information from the motor cortex to motoneurones. This thesis focuses on the corticospinal control of human motoneurones during voluntary contraction and fatigue. First, output of motoneurones to corticospinal inputs is described for a wide range of contraction strengths. Results show that motoneurones become less responsive during strong contractions whereas motor cortical output cells are not limited in the same way. Comparison of motoneurone output to different strength corticospinal inputs and of different motoneurone pools demonstrates an important role for motor unit firing rates in determining the excitability of motoneurones during strong contractions. Next, the reflex actions of group III and IV muscle afferents on motoneurones are investigated. These studies address a long and ongoing debate about the role of these afferents to the slowing of motor unit firing rates during sustained contractions. It was believed that these afferents inhibit motoneurones and contribute to fatigue. However, findings demonstrate that human motoneurones innervating extensor and flexor muscles are not uniformly affected by fatigue-sensitive afferents. Thus afferent inputs from homonymous and antagonist muscles depress extensor motoneurones but facilitate flexor motoneurones. When group III and IV muscle afferents are activated by hypertonic saline, motoneurones of both extensors and flexors are facilitated. This demonstrates parallel excitatory and inhibitory pathways from group III and IV muscle afferents to extensor motoneurones, which are activated under different conditions. Furthermore, the excitation is more pronounced for high-threshold motoneurones. In addition to the effects mediated at motoneurones, activity in group III and IV afferents inhibits motor cortical cells. The final studies investigate changes in the cervical propriospinal pathway with fatigue. This pathway transmits part of the voluntary drive to motoneurones, in parallel with the direct corticospinal pathway. The studies demonstrate that during fatigue, there are coordinated changes in the excitation mediated via this pathway to motoneurones of both fatigued and non-fatigued muscles of the upper limb. In summary, this thesis demonstrates novel aspects of the corticospinal control of motoneurones during voluntary contraction and fatigue.

La Sclérose Latérale Amyotrophique se caractérise par la perte sélective de motoneurones (MNs) du cortex, du tronc cérébral et de la moelle épinière. Les souris surexprimant le gène humain muté codant pour la superoxide dismutase 1 (mSOD1) constitue un bon modèle d'étude. Les MNs mSOD1 présentent une hypersensibilité à la mort après activation du récepteur Fas et la production d'oxyde nitrique (NO). Notre étude protéomique a identifié deux effecteurs du NO, la calréticuline (CRT) et CRMP4. CRT est une protéine chaperonne de stockage du calcium dans le réticulum endoplasmique. Nous montrons que, in vivo, CRT diminue de moitié dans une sous population de MNs mSOD1 dits vulnérables, car dégénérant les premiers. Sa diminution est nécessaire et suffisante pour induire la mort des MNs mSOD1 en activant le stress du RE. CRMP4 est une protéine de régulation de la croissance axonale, qui augmente in vivo dans les MNs mSOD1 à un stade pré-symptomatique. Sa surexpression est suffisante pour induire une dénervation périphérique et la dégénérescence de MNs mSOD1. Nos résultats mettent en évidence CRT et CRMP4 comme étant deux cibles thérapeutiques potentielles dans la SLA
Amyotrophic Lateral Sclerosis (ALS) is characterized by the selective degeneration of upper and lower motoneurons (MNs). The most common familial form and best characterized mouse model of ALS is linked to mutations in the gene coding for the superoxide dismutase 1 (mSOD1). MNs expressing mSOD1 show an increased sensitivity to the death induced by Fas/NO activation. Our proteomic study identified two downstream effectors of NO, Calreticulin (CRT) and CRMP4. CRT is a chaperone-calcium-binding protein of the endoplasmic reticulum, which is decreased two-fold in vivo, in an early degenerating MNs sub-population, named vulnerable. The decrease in CRT expression is both necessary and sufficient to kill mSOD1 MNs through ER stress activation. CRMP4 is a neurite outgrowth regulator which expression is increased in vivo in mSOD1 MNs at a presymptomatic stage. CRMP4 overexpression is sufficient to induce peripheral denervation and, through a dying-back effect, to kill mSOD1 MNs. Our results point out CRT and CRMP-4 as two potential therapeutic targets for ALS

L’axotomie du nerf facial est un bon modèle d’étude de la plasticité neuronale dans le système nerveux périphérique. Durant les 2 premiers mois après lésion, l’expression des ARNm codant les 3 sous-unités des canaux potassiques calcium-dépendant (SKi-3) et la sous-unité auxiliaire 31 des canaux sodiques voltage-dépendant est modifiée. La lésion modifie aussi sévèrement les propriétés neurochimiques des motoneurones. Les sous-unités majeures des récepteurs au GABA (GABAA CL1, 132 et y2 GABAB lb et 2) et au glutamate de type AMPA (GIuR2-4) sont fortement diminuées tant au niveau transcriptionnel que traductionnel. Ces résultats sont en accord avec l’hypothèse selon laquelle, en réponse à une lésion, les motoneurones diminuent l’expression des molécules dévolues à la transmission synaptique au profit de celles impliquées dans la régénération axonale. Le blocage d’un facteur rétrograde périphérique, e silence neuronal, un signal lésionnel pourraient faire partie des signaux déclenchant
Facial nerve axotomy is a good model for studying neuronal plasticity in the peripheral nervous system. During the first 2 months after lesion, the expression pattern ol mRNA coding the 3 subunits of Ca2 activated K channel (SKi-3) and the f31 auxiliar’ subunit of the voltage-dependent sodium channels is modified. The lesion also severely modifies the neurochemical properties of the motoneurons. Major subunits of the GABI receptors (GABAA cLl, f32 and ‘2; GABAB lb and 2) and AMPA glutamate receptors (GIuR2-4) are strongly decreased as well at the level of mRNA and protein. These results are in agreement with the hypotheses according to which, in response to a lesion, the motoneurons decrease the expression of the molecules reserved for the synaptic transmission with the profit of those mplied in axonal regeneration. The blocking of a peripheral factor, the neuronal silence or an injury signal could be implied in these modulations

Au cours du developpement embryonnaire, les motoneurones traversent une periode de mort cellulaire programmee regulee par des facteurs neurotrophiques presents en quantite limitee dans leur environnement. La liste de ces molecules est etonnamment longue et l'analyse des mutants nuls pour un facteur neurotrophique ou son recepteur montre que les motoneurones quand ils sont affectes, ne le sont que partiellement. Ces donnees suggerent qu'il existe des sous-populations de motoneurones dont l'etablissement et/ou la survie dependent de l'activite de facteurs neurotrophiques differents. L'ensemble des travaux presentes ici apportent plusieurs arguments en faveur de cette hypothese. D'une part, nous rapportons pour la premiere fois que plusieurs recepteurs (fgfr3, c-met) ou co-recepteurs (gfr1, gfr2) sont specifiquement exprimes par certaines sous-populations de motoneurones. D'autre part, nous avons caracterise deux nouveaux facteurs neurotrophiques (hgf et fgf9) et montre in vitro qu'ils agissent sur des groupes de motoneurones specifiques. Une autre partie de ce travail a porte sur la caracterisation des activites des membres de la famille de gdnf, le plus puissant facteur neurotrophique connu. Ces facteurs (gdnf, ntn, psp) utilisent un recepteur compose d'une sous-unite transductrice commune ret, et d'un co-recepteur (gfr1-4). In vitro, nous avons etudie les activites neurotrophiques de ntn et psp et montre que la sous-unite gfr1 est indispensable a l'activite neurotrophique de gdnf et ntn. Enfin, chez les mutants gfra1 - / - et gdnf - / - une meme sous-population de motoneurones cesse d'exprimer plusieurs des marqueurs qui la caracterisent, des e12 (avant la periode de mort naturelle). Nous montrons ainsi qu'une signalisation concertee entre gdnf et gfr1 est cruciale pour la survie ou la specification de cette sous-population a un stade tres precoce, resultat qui amene a reconsiderer les activites biologiques de gdnf decrites sur les motoneurones.

Le système Cortico-Motoneuronal (CM) est composé de populations de neurones situées dans le Cortex Moteur. Elles réalisent des prolongements vers les motoneurones de la moelle épinière. Le système CM participe à la réalisation de mouvements volontaires de la main. Le but de ce travail de thèse a été de comprendre à la fois, i) Quelle est l'information transmise par le système CM? ii) Comment est codée cette information ? Pour cela nous avons utilisé des enregistrements de neurones CM et des enregistrements de l'activité musculaire chez le Macaque lors de la réalisation d'une tâche de préhension entre le pouce et l'index. Nos résultats montrent que i) L’information véhiculée dans l’activité CM est corrélée à l’activité musculaire. Ii) Cette information est codée par une combinaison de codage fréquentiel et temporel. Tous les résultats expérimentaux ont été regroupés dans un modèle formel et explicatif, le TempUnit, se basant sur le principe de la sommation temporelle
The Cortico-Motoneuronal (CM) System is composed of populations of neurons located in the Motor Cortex. Theses neurons project directly to motoneurons in the spinal chord. The CM system is implicated in the control of voluntary movements of the hand. The aim of this thesis was both to understand: i) What type of information is carried by the CM system? ii) How is this information coded? In order to investigate theses questions, we have used recordings of CM neurons and muscular activities in the Macaque Monkey who performed a precision grip task between the index finger and the thumb. We have found that i) the transmitted information is directly correlated to the muscular activity. Ii) This information is coded by a combination of temporal and frequency coding. Theses results have been compiled in a formal model called TempUnit based on the principle of temporal summation

L’objectif de ce travail a été d’analyser les effets d’une préparation motrice sur l’activité des motoneurones (MN). Pour cela, des protocoles expérimentaux combinant l’enregistrement unitaire de l’activité des unités motrices des muscles extenseurs du poignet avec des paradigmes de préparation motrice de nature temporelle ont été utilisés chez l’Homme. L’analyse des caractéristiques de la décharge tonique des MN montre un allongement des intervalles inter-potentiels associé à une diminution de leur variabilité durant la période préparatoire, bien avant que la réponse motrice ne soit déclenchée. Ces changements démontrent clairement l’implication de mécanismes inhibiteurs spinaux au cours de la préparation motrice pouvant s’exercer au travers d’interneurones prémotoneuronaux. Il est montré que les modulations d’activité motoneuronales induites par la préparation motrice ne sont ni spécifiques au muscle effecteur de la réponse motrice ni prédictifs de la performance. Il est proposé que l’inhibition exercée sur les MN pendant la préparation motrice constitue un mécanisme généralisé de frein pour retenir le déclenchement prématuré de la réponse motrice, tandis que la diminution de variabilité dans la décharge serait un phénomène de compensation, permettant de produire des forces stables malgré la désactivation motoneuronale. L’implication du niveau motoneuronal dans la préparation motrice montre qu’une information au préalable influence l’état du système moteur jusqu’à son élément le plus périphérique, supportant ainsi le caractère hautement distribué des processus préparatoires. Ce travail a également conduit à proposer l’utilisation de l’entropie approximative pour l’analyse de l’activité motoneuronale, permettant d’éviter les écueils liés aux méthodes classiques d’analyse tout en respectant l’hypothèse d’un codage neuronal temporel
The aim of this work was to analyze the effects of motor preparation on motoneuron (MN) activity. For this purpose, recordings of wrist extensor muscles motor unit activity were combined with time motor preparation paradigms in Human. Changes in the MN tonic discharge were found to occur during preparatory period, i.e. well before it is time to act. These changes were a lengthening of the mean inter-spike interval associated with a decrease of its variability. These data clearly demonstrate that spinal inhibitory mechanisms are activated during motor preparation and suggest the involvement of premotoneuronal interneurons. The modulations of motoneuronal activity induced by the motor preparation are neither specific to the agonist muscle involved in the motor response nor predictive of the performance. It is assumed that the inhibition acting on the MN during the motor preparation constitutes a general braking mechanism serving to prevent premature motor response, whereas the decrease of discharge variability would be a compensatory phenomenon, allowing to produce an efficient steady force in spite of lower motoneuronal activation. The involvement of the motoneuronal level in motor preparation demonstrates that advance information may influence the state of the motor system, including even the most peripheral motor neurons in the spinal cord, which supports the idea that motor preparation involves highly distributed functional processes. In addition, this work led us to argue in favor of the approximate entropy analysis as a suitable method for analyzing spike trains, allowing to detect changes in the regularity of the time-ordered inter-spikes intervals

Le segment initial de l’axone (AIS) est une région hautement spécialisée qui joue un rôle fondamental dans la génération des potentiels d’action. Il est caractérisé par une forte densité en canaux sodium et potassium voltage-dépendants (Nav et Kv). Les Nav comme les Kv sont codés par des gènes différents, chaque isoforme présentant des propriétés biophysiques particulières. En fonction des canaux exprimés à l’AIS, le neurone présente des propriétés d’excitabilité spécifiques. Nous avons caractérisé ici les Nav et Kv exprimés dans l'AIS des motoneurones spinaux chez la souris. Parmi les quatre Nav exprimés dans le système nerveux central, Nav1. 1 était celui dont le patron d’expression était le plus controversé. Cette isoforme ayant une grande importance fonctionnelle et étant fortement exprimée dans la moelle épinière, nous avons tout d’abord caractérisé son patron d’expression. Nav1. 1 est exprimé dans des nœuds de Ranvier et il existe trois populations de nœuds. Nous avons ensuite montré que les AIS de motoneurones forment une population hétérogène à plusieurs niveaux, moléculaire comme morphologique, et qu’au sein même de l’AIS il existe une combinatoire de Nav et de Kv qui varie le long de l’AIS. Nous avons identifié un para-AIS et un juxtapara-AIS à l’extrémité distale de l’AIS. Le segment initial présente une organisation semblable à celle d’un hémi-nœud. Cependant, les mécanismes contrôlant l’expression des Kv1 dans le juxtapara-AIS sont différents de ceux au juxtaparanœud et restent à élucider. Enfin, dans le para-AIS, Caspr et la protéine 4. 1B forment une barrière qui restreint l’expression des Kv1 à l’AIS et au juxtapara-AIS et l’expression de l’AnkG à l’AIS.

Au cours du processus neurodégénératif lié à la Sclérose Latérale Amyotrophique (SLA), les motoneurones innervant les muscles des membres sont très atteints tandis que ceux innervant les muscles axiaux sont relativement préservés. Les motoneurones diffèrent aussi dans leur réponse à plusieurs facteurs neurotrophiques (NTF). Je me suis intéressée aux mécanismes moléculaires déterminant la morphologie distincte et les réponses aux NTF de sous-populations de motoneurones pertinentes dans la SLA. J'ai démontré que les sous-populations de motoneurones murins innervant les muscles axiaux (MN-MMC) ou les muscles des membres (MN-LMC) ont de fortes différences morphologiques. Ces différences sont dues à une régulation différentielle de gènes codant pour la Péripherine et la Diacylglycérol kinase beta (DGK-β) qui sont régulés par les facteurs de transcription LIM-HD FoxP1/HB9. J'ai montré que les MN-LMC et les MN-MMC répondaient distinctement à trois facteurs neurotrophiques: le HGF (Hepatocyte Growth Factor), l'Artémine et le CNTF (Ciliary Neurotrophic Factor). J'ai étudié les motoneurones lombaires dans deux situations pathologiques: 1) les altérations de l'appareil de Golgi et du trafic axonal suite à la perte de TBCE (Tubulin Binding Cofactor E), 2) l'effet de l'augmentation de KCC2 à la membrane plasmique des motoneurones sur la transmission synaptique inhibitrice après lésion.Enfin, j'ai développé une nouvelle méthode de purification de motoneurones dérivés d'iPS (induced Pluripotent Stem Cell) humains en utilisant un vecteur rapporteur lentiviral Hb9::GFP et un anticorps dirigé contre le récepteur de faible affinité des neurotrophines, p75
Muscles are highly vulnerable whereas motor neurons innervating axial muscles are relatively resistant. Motor neurons also seem to differ in their response to several neurotrophic factors (NTF). I investigated the molecular mechanisms determining the distinct morphology and the differential NTF response of ALS-relevant motor neuron subsets. First, I demonstrated that mouse lumbar motor neurons innervating either axial muscles (MMC-MN) or hindlimb muscles (LMC-MN) display remarkable morphological differences. These differences involve a differential regulation of genes coding for Peripherin and Diacylglycerol kinase-b (DGK-β) which are regulated by the transcription factors FoxP1/HB9. Second, I showed that LMC-MN and MMC-MN respond differentially to the three neurotrophic factors HGF (Hepatocyte Growth Factor), Artemin and CNTF (Ciliary NeuroTrophic Factor). Their differential survival is explained by the corresponding receptor gene expression in specific pools of MMC-MN and LMC-MN. Third, I studied lumbar motor neurons in two pathological conditions: 1) alteration of Golgi apparatus and axonal trafficking induced by loss of TBCE (Tubulin Binding Cofactor E) 2) the effect of KCC2 increase at motor neuron plasma membrane on inhibitory synaptic transmission after trauma.Finally, I developed a new FACS-based method for isolating human iPS (induced Pluripotent Stem Cell)-derived motor neurons with both an HB9::GFP reporter lentivirus and an antibody directed against the low-affinity neurotrophin receptor p75

Cet article souligne l'importance des phenomenes d'inhibition dans la rythmicite respiratoire de ces motoneurones, et permet de proposer un mecanisme de l'alternance des phases inspiratoire et expiratoire base sur des phenomenes d'inhibition reciproque entre neurones larynges inspiratoires et expiratoires. Il montre aussi que la respiration generale est modifiee par l'injection picomolaire d'acides amines excitateurs dans la region du noyau ambigu, ce qui entraine secondairement une modification de l'activite des motoneurones larynges

Des motoneurons d'embryons de rat (14 jours) ont ete marques de maniere retrograde, apres injection dans les pattes d'un compose liposoluble fluorescents, puis enrichies sur gradient de densite ou purifies a homogeneite avec un tri de cellules. Les motoneurones purifies sont maintenus en survie a long terme sur des monocouches d'astrocytes. Le substratum joue un role important dans leur differenciation, ainsi cultives, les motoneurones lyses presentent une activite choline acetylcholinesterase. Deux facteurs de differenciation qui stimulent l'activite choline-acetylstransferase, sous effet sur la survie, ont ete purifies. L'un d'eux semble identique a un facteur de differenciation des neurones sympathiques. Ce seraient de bons candidats en tant que mediateurs des interactions trophiques retrogrades entre le muscle et les motoneurones

Dans le cadre d'une etude des effets des afferences musculaires sur les neurones spinaux, les connexions synaptiques des motoneurones innervant les trois muscles peroniers: peroneus longus (pl), peroneus brevis (pb) et peroneus tertius (pt), ainsi que les effets de la contraction du muscle pb sur ces motoneurones ont ete examines par enregistrement intracellulaire chez des chats adultes anesthesies. On sait que les muscles pb et pt possedent une riche innervation squeletto-fusimotrice (beta), c'est a dire un couplage indissociable entre contraction musculaire et controle de la sensibilite des fuseaux neuromusculaires. Tous les motoneurones peroniers ont une connexion excitatrice monosynaptique avec les afferences ia des trois muscles peroniers, tandis que l'inhibition ib n'est qu'exceptionnellement observee. Les motoneurones peroniers sont egalement homogenes par leur reponse excitatrice a courte latence aux afferences cutanees des nerfs sural et peronier superficiel. En revanche, les afferences du groupe i des principaux muscles flechisseurs et extenseurs de la cheville produisent des effets synaptiques differents dans chacun des trois noyaux peroniers. Cette heterogeneite est probablement liee a la complexite des actions biomecaniques des muscles peroniers et peut etre a la presence de motoneurones beta. La contraction du muscle pb evoque une excitation des motoneurones peroniers. Cette retroaction positive, due aux afferences ia mises en jeu en particulier par l'innervation beta, pourrait jouer un role dans la stabilite du pied au cours du maintien de diverses postures (assise, debout, accroupie) ou lors de mouvements comme la marche et le saut

Des travaux anterieurs ont montre que l'inactivation du gene homeotique hoxc-8 (hoxc-8#-#/#-) induisait un changement d'identite des vertebres thoraciques et de la premiere vertebre lombaire, chacune se developpant selon la morphologie de la vertebre immediatement anterieure. Au cours du developpement, le gene hoxc-8 est exprime dans les somites dont deriveront ces vertebres. Ces resultats ont etabli que hoxc-8 conferaient, dans le domaine ou il est normalement exprime, des specifications regionales aux cellules embryonnaires du mesoderme paraxial. Les souris hoxc-8#-#/#- naissent avec un defaut de posture de la patte avant associe a une perte de la fonction de prehension. L'activite musculaire de la patte anterieure depend de l'innervation des muscles par les motoneurones situes dans la region brachiale de la moelle epiniere. A partir de la fin de la gastrulation, le gene hoxc-8 est exprime dans les precurseurs des cellules nerveuses de la partie troncale de l'embryon. Plus tard, les motoneurones (mns) des segments c#7, c#8 et t#1 de la moelle epiniere presentent une forte expression de ce gene. Nous avons formule l'hypothese que l'inactivation de hoxc-8 pouvait entrainer un changement d'identite de ces motoneurones. Chez les mutants hoxc-8#-#/#-, la formation des muscles distaux de la patte anterieure responsables des mouvements de la main est normale mais leur innervation est anormale. A partir du jour embryonnaire e13. 5, ces muscles sont innerves, en plus des afferences normales provenant des mns de c#7 et c#8, par des mns des segments c#5, c#6 et t#1. Les coordonnees spatiales des groupes de mns connectes aux muscles distaux sont donc modifiees a la fois selon l'axe rostro-caudal et l'axe medio-lateral. Chez l'embryon sauvage, l'etablissement des profils de connexion est suivi entre e13. 5 et e18. 5 par la mort de la moitie des mns par apoptose. Une augmentation significative du nombre de cellules apoptotiques chez les embryons hoxc-8#-#/#- conduit a un deficit en mns de 26, 34 et 44% respectivement dans les segments c#7, c#8 et t#1. La perte de specifications regionales conferees aux precurseurs des mns par le gene hoxc-8 produit donc une modification irreversible de l'organisation des differents groupes de mns dans la region brachiale.

Les amyotrophies spinales proximales sont des maladies génétiques neuromusculaires caractérisées par la dégénérescence des motoneurones spinaux et une atrophie des muscles squelettiques proximaux. La perte de fonction du gène smn1, un gène essentiel à la survie des motoneurones, entraîne une réduction drastique du niveau de protéine SMN et est, à l’origine des symptômes observés chez les patients. L'amphibien anoure Xenopus tropicalis constitue un très bon petit animal modèle pour étudier cette maladie ainsi que le développement des motoneurones. En effet une diminution de la production de la protéine SMN via l’utilisation de morpholinos a permis de montrer chez les têtards, des défauts de migration des motoneurones ainsi qu’une atrophie des muscles caudaux. Pour développer un modèle héritable de SMA, nous avons utilisé des nucléases tels que les ZFN ou le système CRISPR/Cas pour générer des mutations du gène smn chez Xenopus tropicalis. Nous avons conçu les outils moléculaires pour induire différentes mutations du gène smn avec des ZFN ou le système CRISP/Cas9. Nous avons ensuite validé l'efficacité de ces nucléases dans des embryons in vivo et développé une méthode de recherche de mutations basée sur l’utilisation des endonucléases T7EI et Surveyor. Nous avons obtenu un animal fondateur mutant qui permettra de générer des embryons homozygotes pour la mutation. En parallèle, nous avons développé une lignée transgénique chez Xenopus tropicalis permettant de visualiser les populations de motoneurones spinaux, pour mieux caractériser les animaux mutants smn in vivo. La combinaison de ces deux lignées permettra de mieux comprendre la physiopathologie motoneuronal liée à des mutations de smn
Spinal muscular atrophy (SMA) is a neurodegenerative disease characterized by motor neuron loss and skeletal muscle atrophy. In human the loss of function of the smn1 gene, the main supplier of survival motor neuron protein (SMN), leads to reduced levels of SMN and eventually to SMA. The anuran amphibian Xenopus tropicalis is a good animal model for the study of SMA and motor neurons development. Indeed the inhibition of the production of SMN using antisense morpholinos leads to caudal muscular atrophy in tadpoles. To develop an inheritable SMA model, we edited the smn gene in X. tropicalis using zinc-finger nucleases (ZFNs) and CRISPR/Cas system. As a first step, we designed the molecular tools needed to induce mutations of the smn gene using ZFN and CRISPR/cas9. Next we probed the efficiency of these tools and developed a method to identify mutations using T7EI and Surveyor endonucleases. We obtained a mutant frog and thus we will be able to produce homozygous mutant embryos for smn. In parallel we developed a transgenic line of Xenopus tropicalis frogs in which we can image motor neurons populations in vivo. The combination of both lines should enable to increase our knowledge and understanding of motor neuron physiopathology due to smn mutations

L'innervation parasympathique du cœur est responsable de la régulation à court terme de la pression artérielle (PA), par le biais du contrôle battement par battement de la fréquence cardiaque. Une diminution de l'activité vagale est considérée comme indice de mauvais pronostic. La projection vagale du noyau ambigu sur le cœur constitue un chemin commun pour le baroréflexe cardiaque et le chemoreflexe de von Bezold Jarisch (BJ). Des mises au point récentes des techniques d'enregistrement extracellulaire des motoneurones cardiaques vagaux (CVM) chez le rat ont rendu un peu plus aisé l'exploration de ces deux réflexes. Ceci permet une meilleure compréhension des mécanismes et de sites d'action. 1) Un agoniste α-2 adrénergique, la clonidine, hypotenseur central, agit sur la régulation à court-terme de la PA. Le présent travail a montré une augmentation de l'activité unitaire des CVMs, et de la pente du baroréflexe cardiaque au niveau central (relation PA-CVM) quand la clonidine est administrée systémiquement, en dose croissante (10-100µg/kg i.v.). Une analyse approfondie de l'activité des neurones a révélé un nouveau mécanisme d'action de la clonidine via des décharges rapides (« doublet »). 2) Une peptide natriuretique de type B (BNP), utilisée dans le traitement de l'insuffisance cardiaque, a augmenté significativement la bradycardie et l'activité des CVMs lors de l'activation du réflexe BJ. La bradycardie, proportionnelle à l'activation vagale, fait conclure par logique soustractive que le site d'action du BNP est sur le bras afférent du réflexe. Une activation parasympathique centrale représenterait une solution dans le traitement des problèmes cardiovasculaires.

Les maladies dégénératives des motoneurones de l'homme, les amyotrophies spinales infantiles et la sclérose latérale amyotrophique (SLA), ont en commun une perte progressive de motoneurones spinaux conduisant à une atrophie et paralysie musculaires. Les facteurs neurotrophiques ont été considérés comme molécules candidatez pour le traitement de ces maladies mais leur administration a été compliquée par la biodisponibilité limitée ou la toxicité des protéines recombinantes. Nous avons développé le transfert adénoviral de gènes de facteurs neurotrophiques afin de produire ces protéines in vivo à des taux constants et/ou de mieux cibler leur action vers les motoneurones. Des vecteurs adénoviraux codant pour NT-3 (neurotrophine-3), BDNF (brain-derived neurotrophic factor) et CNTF (ciliary neurotrophic factor) ont été mis au point et leur fonctionnalité a été démontrée ex-vivo. Leur potentiel thérapeutique a été testé dans le modèle pmn (progressive motor neuronopathy). Les souris pmn non-traitées développent une atrophie et parésie musculaire progressives et meurent prématurément. La survie moyenne des souris pmn injectées en intramusculaire avec le vecteur NT-3 était augmentée de plus de 50%. Nos analyses histologiques et électrophysiologiques chez ces souris ont démontré une amélioration des fonctions neuromusculaires, une réduction de la dégénérescence axonale ainsi qu'une réinnervation des fibres musculaires par induction de la repousse axonale. L'étude de la biodistribution des ARNs et de la protéine NT-3 a révélé que ces effets étainet dûs à la libération de NT-3 dans la circulation générale. La coadministration des vecteurs NT-3 et CNTF a amélioré l'ensemble des paramètres thérapeutiques tandis que l'injection du vecteur BDNF restait sans effet bénéfique. En comparant les effets d'injections intramusculaires, intraveineuses et intracérébroventriculaires du vecteur CNTF, nous avons déterminé la meilleure voie d'administration pour cette cytokine. Nos résultats représentent le premier exemple d'une amélioration de la survie dans une affection neurodégénérative par thérapie génique avec adénovirus et ouvrent de nouvelles perspectives thérapeutiques dans la SLA. L'utilisation de facteurs neurotrophiques a été suggéré pour accélérer ou guider la repousse axonale après lesion nerveuse. Nous avons évalué la capacité des cellules de Schwann du rat à exprimer le transgène lacZ après injection intranerveuse de différents vecteurs de transfert de gène. Jusqu'à 18% des cellules de Schwann des nerfs lésés étaient infectés par un vecteur adénoviral mais l'expression de lacZ diminuait progressivement au cours du temps. Une immunosupression par Cyclosporine A ou l'induction d'une tolérance immunitaire ont permis de réduire la réponse inflammatoire et d'augmenter l'expression du transgène. Le transfert de gène dans le nerf périphérique représente une stratégie originale pour administrer des facteurs neurotrophiques dans le compartiment clos de la périnèvre et pourrait à l'avenir constituer un complément au traitement chirurgical des lésions nerveuses.

L’innervation parasympathique du cœur est responsable de la régulation à court terme de la pression artérielle (PA), par le biais du contrôle battement par battement de la fréquence cardiaque. Une diminution de l’activité vagale est considérée comme indice de mauvais pronostic. La projection vagale du noyau ambigu sur le cœur constitue un chemin commun pour le baroréflexe cardiaque et le chemoreflexe de von Bezold Jarisch (BJ). Des mises au point récentes des techniques d’enregistrement extracellulaire des motoneurones cardiaques vagaux (CVM) chez le rat ont rendu un peu plus aisé l’exploration de ces deux réflexes. Ceci permet une meilleure compréhension des mécanismes et de sites d’action. 1) Un agoniste α-2 adrénergique, la clonidine, hypotenseur central, agit sur la régulation à court-terme de la PA. Le présent travail a montré une augmentation de l’activité unitaire des CVMs, et de la pente du baroréflexe cardiaque au niveau central (relation PA-CVM) quand la clonidine est administrée systémiquement, en dose croissante (10-100µg/kg i. V. ). Une analyse approfondie de l’activité des neurones a révélé un nouveau mécanisme d’action de la clonidine via des décharges rapides (« doublet »). 2) Une peptide natriuretique de type B (BNP), utilisée dans le traitement de l’insuffisance cardiaque, a augmenté significativement la bradycardie et l’activité des CVMs lors de l’activation du réflexe BJ. La bradycardie, proportionnelle à l’activation vagale, fait conclure par logique soustractive que le site d’action du BNP est sur le bras afférent du réflexe. Une activation parasympathique centrale représenterait une solution dans le traitement des problèmes cardiovasculaires
The parasympathetic supply to the heart is responsible for the short-term regulation of blood pressure (BP), by controlling the heart rate (HR) on a beat-by-beat basis. Decreased cardiac vagal activity is considered an index of poor outcome. The vagal projection of the nucleus ambiguus on the heart is the common pathway for different cardiac reflexes, like the cardiac baroreflex and the von Bezold-Jarisch (BJ) chemoreflex. Recent advances in extracellular recording methods of cardiac vagal motoneurons (CVM) in rat made easier the exploring of these two reflexes. Thus, a better understanding of the mechanisms and sites of action of two drugs could be achieved. 1). An α-2 adrenergic agonist, clonidine, a central hypotensive, influences the short-term regulation of BP. The present work shows an increase of the activity of CVM, together with the slope of the cardiac baroreflex at central level (BP-CVM relationship) when clonidine is administered systemically, in cumulative doses (10-100µg/kg i. V. ). A deeper analysis of the CVM activity revealed a possible new mechanism of action of clonidine by fast firing (“doublet”). 2). B-type natriuretic peptide (BNP), used in the treatment of the heart failure, increased significantly the bradycardia and the CVM activity during the activation of the BJ reflex. The bradycardia is proportional to the vagal activation. This proves, by subtractive logic, that the BNP site of action is on the afferent arm of the reflex. Cardiac vagal activation is a solution in the treatment of cardiovascular disorders

L’amyotrophie spinale (SMA) est causée par une réduction du taux de la protéine de Survie des MotoNeurones (SMN). Cette protéine est associée aux protéines Gemin 2 à Gemin 8 et unrip pour former le complexe SMN. Bien que la protéine SMN soit présente dans tous les types cellulaires, la pathologie SMA est exclusivement liée à un défaut des motoneurones. Récemment, il a été proposé que SMN puisse avoir des fonctions spécifiques dans le transport des ARNm et dans la régulation de la traduction dans les neurones. La protéine FMRP, défective dans le syndrome de l’X fragile, joue également un rôle dans le transport de particules messagères (mRNP) et dans leur traduction. Dans cette étude, nous avons mis en évidence un lien entre le complexe SMN et la protéine FMRP dans les cellules neuronales suggérant un rôle du complexe SMN dans ces mécanismes. Les connaissances sur la composition, les interactions et les fonctions du complexe SMN ont bien avancées ces dernières années. L’idée actuelle est que le complexe SMN agirait comme un chaperon macromoléculaire des RNP en augmentant l'efficacité et la fidélité des interactions ARN-protéines et en fournissant l’opportunité à ces interactions d’être régulées. Le deuxième volet de cette étude a été d’analyser l’implication du complexe SMN dans l’assemblage de RNP différentes des UsnRNP. Le défaut spécifique des motoneurones nous a conduit à considérer le rôle du complexe SMN dans l’assemblage de RNP spécifiques à ce type cellulaire et notamment la RNP BC200. Finalement, nous nous sommes également intéressé à l’implication du complexe SMN dans l’assemblage et/ou la fonction de la particule SRP, une particule ubiquitaire
Spinal muscular atrophy (SMA) is caused by reduced levels of the survival of motor neuron (SMN) protein. SMN protein is associated with the proteins Gemin 2 to 8 and unrip to form the SMN complex. Although the SMN protein is present in all cell types, SMA is restricted to a defect in motor neuron. SMN was recently proposed to have specific functions in mRNA transport and translation regulation in neuronal processes. The defective protein in Fragile X mental retardation syndrome (FMRP) also plays a role in transport of mRNPs and in their translation. In this study, we showed a link between the SMN complex and FMRP in neuronal cells suggesting a role for the SMN complex in these processes. Knowledges of the composition, interactions and functions of the SMN complex have advanced greatly in recent years. The emerging picture is that the SMN complex acts as a macromolecular chaperone of RNPs to increase the efficiency and fidelity of RNA–protein interactions, and to provide an opportunity for these interactions to be regulated. The second part of this study was to analyse the involvement of the SMN complex in the biogenesis of RNP different of UsnRNP. The specific defect of motor neuron led us to analyse the role of the SMN complex in the biogenesis of specific RNP to this cell types in particular the RNP BC200. Finally, we are also interested to the SMN complex involvement in the assembly and/or the function of the SRP particle, an ubiquitous particle

La Sclérose Latérale Amyotrophique (SLA) est une maladie neurodégénérative au cours de laquelle les motoneurones meurent. Le premier dysfonctionnement des motoneurones est la rétractation de leurs jonctions neuromusculaires. La présence de vacuoles a été décrite dans l’axone et les dendrites des motoneurones avant la dénervation dans les souris SOD1G93A, modèle murin de la maladie. L’origine des vacuoles n’est pas connue. On peut toutefois se demander si elle pourrait résulter d’un stress excitotoxique. L’excitotoxicité pourrait provenir soit d’une hyperexcitabilité intrinsèque du motoneurone, soit d’une hyperexcitation (balance des entrées excitatrices et inhibitrices modifiées au profit d’une plus grande excitation). Or il a été montré que si les motoneurones sont hyperexcitables au stade embryonnaire dans les souris SOD1G93A, seuls les motoneurones résistants à la SLA (type S) sont hyperexcitables à la deuxième semaine postnatale tandis que les motoneurones vulnérables (types FF et FR) deviennent hypoexcitables avant leur dégénérescence chez l’adulte. Nous avons donc étudié les entrées synaptiques reçues par les motoneurones, pour savoir si la balance excitation/inhibition est déplacée et s’ils sont ainsi hyperexcités. Pour cela nous avons réalisé des enregistrements électrophysiologiques de motoneurones lors de la stimulation de circuits pré-moteurs, et des marquages intracellulaires de motoneurones combinés avec des marquages immunohistochimiques des boutons VGlut1, VGlut2 et Vgat. Nous avons montré que l’amplitude des PPSE monosynaptiques Ia était diminuée dans les souris SOD1, les PPSI di- et trisynaptiques étaient moins nombreux et les interneurones inhibiteurs moins excitables. Cette modification des entrées synaptiques n’était pas due à un changement du nombre de synapses. En revanche, les synapses sont particulièrement nombreuses aux domaines dendritiques qui se vacuolisent dans les souris SOD1, suggérant un lien entre l’activité synaptique et la vacuolisation. Des marquages intracellulaires de motoneurones de souris SOD1, montrent que les vacuoles grandissent avec l’évolution de la maladie, suggérant leur implication dans le processus de dégénération. Grâce à des révélations immunohistochimiques, nous avons montré que ces vacuoles apparaissent dans l’espace intermitochondrial lors de la dégénérescence des mitochondries. Le réticulum endoplasmique est également impliqué. Enfin, l’autophagie, mécanisme d’élimination des organites cellulaires, est déficient au moment de l’apparition des vacuoles, expliquant pourquoi elles s’accumulent avec le temps. Ces résultats amènent à reconsidérer l’hypothèse de l’excitotoxicité supposée comme mécanisme à l’origine de la mort des motoneurones
Glutamate excitotoxicity arising from excessive entry of calcium in the cell, has long been suggested to contribute to the degeneration of motoneurons in Amyotrophic Lateral Sclerosis (ALS). This hypothesis is enhanced by the observation of vacuoles on motoneurones dendritic tree. Such vacuoles were previously observed on neurons under excitotoxic stress. Excitotoxicity may stem from an intrinsic hyperexcitability of the motoneurons or from a shift of the balance of excitatory / inhibitory inputs received by the motoneurons toward more excitation. Thanks to an in vivo preparation that allows us to make intracellular recordings of motoneurons in adult mice, it was shown that spinal motoneurons do not display an intrinsic hyperexcitability just prior to their degeneration in SOD1 G93A mice, the standard model of ALS. Thus, to study excitotoxicity hypothesis, we decided to study dendritic vacuoles and undersand their genesis, and then to study synaptic inputs on motoneurons, to decipher if there is a hyperexcitability. We have shown, with intracellular labelling and immunohistochemistry, that vacuoles grow with age, that they appear in the intermembrane space of mitochondria, and that deficiency in autophagy prevent their elimination. With electrophysiological recordings, we have shown that monosynaptic EPSP amplitude is reduced in SOD1 mice. IPSP were less numerous and inhibitory interneurons were less excitable. These alterations were not due to synapses numbers, however synapses are preferentially localised on dendritic places that vacuolate, suggesting a link between synaptic activity and vacuolation. These results suggest that excitotoxicity might not be the mecanism of motoneuron death

Les modèles murins de la Sclérose Latérale Amyotrophique (SLA) ont permis des avancées dans la compréhension des mécanismes pouvant conduire à la mort sélective et progressive des motoneurones (Mns) mais ils présentent des disparités dans la sévérité et le décours temporel de la maladie. Parmi les hypothèses avancées figurent des modifications des propriétés intrinsèques des motoneurones conduisant à des modifications de l’excitabilité et de l’homéostasie du calcium intracellulaire et à la mort du motoneurone.Nous avons donc étudié les propriétés électrophysiologiques des Mns lombaires de souris SOD1G85R et SOD1G93A, deux modèles à faible nombre de copies du gène humain muté, durant les deux premières semaines postnatales afin d’identifier d’éventuelles anomalies pré-symptomatiques précoces. Nos travaux ont été réalisés sur deux préparations in vitro de moelle entière isolée et de tranches de moelle épinière. Les Mns mutants présentent, sur les deux types de préparations, une altération des propriétés du potentiel d’action se traduisant par un allongement de la durée associée à une diminution des vitesses maximales de dépolarisation et repolarisation et une réduction d’amplitude. Ces altérations apparaissent entre P2-P5 dans les Mns SOD1G85R et entre P6-P10 dans les Mns SOD1G93A et suggèrent une diminution de la densité des canaux sodiques et potassiques associés au potentiel d’action. Nous avons aussi observé sur des tranches de moelle épinière entre P6-P10 que le gain de fréquence des Mns SOD1G85R diminue et celui des SOD1G93A augmente sans aucune modification des densités des courants entrants persistants sodiques et calciques. On note également que, sur tranches de moelle épinière, les Mns SOD1G93A présentent un potentiel de repos diminué. En présence d’une surcharge calcique extracellulaire, les propriétés membranaires des Mns SOD1G85R entre P6-P10 sont moins affectées que celles des Mns témoins. Les effets différentiels de cette surcharge peuvent être dus à des modifications différentes de la dépendance au voltage des canaux voltage-dépendants et/ou à la modulation de certains types de canaux activés par le calcium extracellulaire. Une arborisation dendritique plus ramifiée que celle de Mns témoins, comparable à celle précédemment décrite dans les Mns SOD1G85R, a été observée dans les Mns SOD1G93A à P8-P9 avec des altérations du potentiel d’action citées plus haut et une réduction de la rhéobase. Ces altérations morphologiques et électriques pourraient indiquer des modifications de cinétiques et/ou de densités de canaux sur des sites différents dans ces Mns. Nos travaux montrent donc, d’une part que les mutations SOD1G85R et SOD1G93A induisent dans ces deux modèles murins des altérations des propriétés des Mns lombaires comparables mais décalées dans le temps et d’autre part que certaines altérations semblent être spécifiques à une mutation SOD1 donnée
The SOD1 murine models of Amyotrophic Lateral Sclerosis (ALS) allowed major progress in the understanding of mechanisms which could lead to a selective loss of motoneurons (Mns), but these models display differences in the severity and time course of the disease. Changes in intrinsic properties of motoneurons may induce changes in excitability and intracellular calcium homeostasis leading to motoneuron death.Therefore, we studied electrophysiological properties of lumbar Mns from SOD1G85R and SOD1G93A mice, low expressor lines, during the first two postnatal weeks in order to identify possible early presymptomatic abnormalities. Our studies were carried out on two in vitro preparations: the whole isolated spinal cord and acute spinal cord slices. Mutant Mns display, in the two preparations, a modified action potential characterized by an increased duration due to a decrease of the maximal speeds of depolarisation and repolarisation and a reduction of the spike amplitude. These alterations appeared between P2-P5 in SOD1G85R Mns and between P6-P10 in SOD1G93A Mns and suggest a decrease of the density of sodium and potassium channels related to action potential. We also showed on spinal cord slices between P6-P10 that the gain of frequency decreases for SOD1G85R Mns and increases for SOD1G93A Mns without any change in the density of persistent inward sodium or calcium currents in these different mutant Mns. We observed also that the resting membrane potential of SOD1G93A Mns on spinal cord slices is decreased. The membrane properties of SOD1G85R Mns between P6-P10 were less susceptible to changes in presence of an extracellular calcium overload. Differential effects of this extracellular calcium overload on membrane properties of WT and SOD1G85R Mns could be due to different alterations of the potential dependence of voltage-gated channels and/or to the modulation of some types of channels sensitive to extracellular calcium. An over-branching of dendritic arborization, similar to that previously described in SOD1G85R Mns, was observed in SOD1G93A at P8-P9 with the above-mentioned action potential alterations and a weak rheobasic current. These morphogical and electrical changes could indicate together alterations of kinetics and/or density of channels on different sites on these Mns. In conclusion, our work shows on one hand that SOD1G85R and SOD1G93A mutations induce similar alterations of lumbar Mns properties but time-shifted in these two murine models and on the other hand that some alterations seem to be specific to a given SOD1 mutation

Le virus de la rage est un virus neurotrope qui n'infecte que les neurones dans le système nerveux. Par une approche immunocytochimique et ultrastructurale, différentes étapes du cycle d'infection du virus rabique ont été analysées dans des motoneurones spinaux (MNs) purifiés de rat embryonnaire en culture. Les expériences d'adsorption compétitive montrent que le virus utilise les molécules NCAM et p75NTR comme récepteur à la surface des MNs, mais que d'autres molécules non identifiées pouvent jouer ce rôle. Les MNs possèdent une forte capacité de survie à l'infection par le virus rabique qui est associée à une absence d'apoptose. Cette capacité semble spécifique aux MNs puisque les neurones d'hippocampe ne survivent pas à l'infection et sont apoptotiques. Les observations en microscopie électronique montrent que les MNs libèrent les virions au niveau des neurites vraisemblablement par bourgeonnement de la membrane plasmique, suggérant une maturation polarisée des particules virales
Rabies virus (RV), a neurotropic virus, infects only neurons in the nervous system. In this study, several stages of RV cycle were analyzed in purified spinal cord motoneuron (MNs) cultures through an immunocytochemical and ultrastructural method. Competitive adsorption experiments showed that RV may use NCAM and p75NTR molecules as receptors at the MNs surface. None the less, other unidentified molecules could play this role. Purified MNs survived RV infection and few of them became apoptotic. On the contrary, hippocampus neurons were susceptible to RV infection. These experiments suggest that MNs consist in a neuronal population which survive specifically RV infection. Electron microscopy observations suggest that MNs released RV particles at neurites by budding of cytolasmic membrane suggesting a polarized maturation of virals particles

La sclérose latérale amyotrophique, ou maladie de Charcot, est la plus fréquente des maladies du motoneurone. Malgré la gravité de cette maladie, on ne connait pas son origine. Nous avons exploré l'hypothèse immunologique en appliquant des sérums et des immunoglobulines de malades sur des motoneurones en culture. Les résultats obtenus ne permettent pas, à l'heure actuelle, de situer de façon évidente cette maladie dans le cadre des maladies auto-immunes.

Les études sur les souris transgéniques SOD1 utilisées comme modèle de sclérose latérale amyotrophique (SLA) montrent que les signes cliniques apparaissent quand la majorité des motoneurones (MNs) est déjà déconnectée de la périphérie et la force contractile de certains muscles diminuée de 80%. L'identification des mécanismes pathologiques précoces est une étape importante pour améliorer notre compréhension de la maladie et expliquer l'atteinte préférentielle des MNs observée pendant la SLA. Notre objectif était de rechercher la présence d'anomalies précoces dès la naissance dans un modèle souris de SLA. L'analyse comportementale suggère que dès la période postnatale, la mutation SOD1-G85R perturbe la maturation du système sensori-moteur des souris transgéniques et ralentit l'expression de réflexes moteurs comme le montrent les retards observés lors des tests de placement et d'agrippement des membres postérieurs et lors du test de retournement. Ces retards pourraient principalement résulter d'un dysfonctionnement des réseaux lombaires de la moelle épinière pendant la 1ère semaine postnatale. Pendant cette période, sur les préparations in vitro de moelle épinière / tronc cérébral, les réseaux lombaires SOD1 sont difficilement activables lors d'applications pharmacologiques. Les enregistrements électrophysiologiques réalisés pendant cette période appuient principalement la possibilité que la composante glutamatergique possède un rôle clé dans cette difficulté. Nos données suggèrent la possibilité d'un déséquilibre entre les récepteurs AMPA et NMDA dans les MNs SOD1 avec un défaut lors de l'activation des récepteurs NMDA. En 2ème semaine postnatale, les MNs lombaires SOD1 sont hypoexcitables et présentent une résistance d'entrée ainsi qu'un gain plus faibles. Nous montrons que l'augmentation anormale de la surface dendritique de ces MNs suffit à expliquer cette diminution de la résistance d'entrée alors que la baisse du gain indique plutôt des modifications de conductances ioniques qui restent à caractériser. Enfin l'analyse morphologique montre que les dendrites des motoneurones SOD1 sont anormalement développées et complexes. Il est important de souligner dans le cadre de la maladie que les segments de la moelle sacrée et les interneurones lombaires qui sont épargnés à l'âge adulte ne sont pas concernés par ces différences. Cela renforce l'idée que les anomalies que nous décrivons sont spécifiques de la maladie et que dès le plus jeune âge les MNs sont la cible privilégiée de la SLA. Dans ce travail, nous montrons des dysfonctionnements des MNs bien avant la dénervation périphérique et la dégénérescence des axones moteurs. La modification de l'excitabilité des motoneurones pendant la période de maturation des unités motrices pourrait fragiliser les jonctions neuromusculaires qui sont une des cibles principales de la SLA.

Les etudes neurobiologiques de la locomotion ont permis de caracteriser differents types de reseaux de neurones responsables de cette activite motrice rythmique. Jusqu'a present, cependant, les reseaux decrits dans le detail ne concernent que des systemes de nage ou de vol. On possede beaucoup moins de donnees sur des systemes de marche utilisant des appendices specialises. A ce niveau, une question reste en suspend, concernant la mise en jeu des differentes articulations appendiculaires. A l'hypothese d'un fonctionnement d'ensemble de toutes les articulations gerees par un seul generateur appendiculaire, s'oppose l'idee d'un systeme etage, ou chaque articulation possederait ses propres reseaux independants, qui se coordonneraient pour assurer une activite globale de l'appendice considere. Le present travail a pour objectif d'analyser ce probleme ; pour cela nous avons pris pour modele le reseau locomoteur thoracique de l'ecrevisse etudie in vitro. Chez l'ecrevisse, chaque patte locomotrice possede plusieurs articulations, controlees par une paire de muscles antagonistes. Les deux premieres articulations permettent de definir le programme locomoteur (articulation thoracico-coxale, t-c, avec les muscles protracteur et retracteur: articulation coxo-basale. C-b, avec les muscles elevateur et depresseur). Nous nous sommes attaches a caracteriser dans le detail l'activite des motoneurones controlant les muscles de l'articulation c-b. L'ensemble des resultats obtenus nous amene a penser que ce reseau locomoteur fonctionne suivant une organisation modulaire ou chaque etage peut presenter sa propre rythmicite. La plupart des motoneurones commandant un meme muscle sont electrotoniquement couples entre eux ; et sont au nombre de 19 pour l'elevateur et de 13 pour le depresseur. L'application d'agonistes muscariniques permet d'accroitre l'excitabilite de ces motoneurones et de demasquer leurs proprietes endogenes, induisant alors l'emergence d'une activite rythmique. L'alternance entre les deux groupes de motoneurones est assuree par des connexions inhibitrices directes mettant en jeu des synapses de type tonique. Il apparait donc que chaque couple de groupes de motoneurones antagonistes est capable, dans certaines conditions, de produire sa propre activite rythmique independamment des autres couples ; c'est a dire qu'il fonctionne comme un oscillateur unitaire. Le role des interneurones serait de reorganiser et de coordonner ces differents modules de facon a permettre la locomotion

En tant que voie finale commune du systeme nerveux central, les motoneurones doivent traiter des signaux synaptiques pour produire une sortie coherente vers les effecteurs musculaires. Les capacites de traitement dependent des proprietes electriques membranaires et de la morphologie de l'arborisation dendritique. Ces caracteristiques apparaissent au cours de la maturation neuronique, pre et post-natale. Au cours de cette periode, les trois types de recepteurs glutamatergiques ionotropiques (nmda, ampa, kainate) pourraient influencer le developpement. Nous avons etudie l'expression fonctionnelle de ces recepteurs au niveau de motoneurones faciaux et hypoglosse, en cours de developpement in vitro, en co-culture organotypique. Notre but a ete de caracteriser les proprietes de ces recepteurs, les implications dans la transmission synaptique et leur distribution membranaire. I : expression fonctionnelle de recepteurs glutamatergiques ionotropiques. L'enregistrement electrophysiologique des motoneurones, combine a des techniques d'applications locales d'agonistes et a l'utilisation d'antagonistes specifiques des recepteurs a permis de montrer l'expression fonctionnelle des trois types de recepteurs, nmda, ampa et kainate. Ii : implication de ces recepteurs dans la transmission synaptique au niveau des motoneurones et des reseaux premoteurs. La stimulation des afferences premotrices, l'utilisation d'antagonistes specifiques et de techniques d'analyse de l'activite synaptique spontanee montrent que les courants synaptiques au niveau des motoneurones sont essentiellement produits par l'activation de recepteurs de type ampa alors que des recepteurs nmda participent a la transmission poly-synaptique. Iii : etude de la distribution cellulaire et subcellulaire de recepteurs-canaux ampa permeables au calcium. L'utilisation de la technique d'accumulation intracellulaire d'ions cobalt en presence d'agonistes des recepteurs ampa a permis de montrer que les motoneurones faciaux et hypoglosse en cours de developpement expriment des canaux ampa permeables au calcium. Ces recepteurs-canaux ne sont pas distribues de maniere homogene au sein des regions somatiques et dendritiques. La discussion est essentiellement axee sur l'implication des recepteurs nmda extra-synaptiques et des recepteurs ampa permeables au calcium dans la maturation des motoneurones craniens et spinaux.