Soutenance de thèse de Alexis HADDJERI

L'activité électrique des neurones et réseaux de neurones demeure relativement stable au cours de la vie des organismes malgré les perturbations externes (modifications de l'environnement) et internes (mutations génétiques) que ceux-ci subissent. L’activité neuronale est même dans certains cas robuste à la délétion de canaux ioniques directement impliqués dans la genèse de cette activité. Un certain nombre d’études ont suggéré que le fort niveau de redondance fonctionnelle entre canaux ioniques pourrait être à l’origine de cette robustesse. Les neurones dopaminergiques (DA) de la substance noire compacte (SNc) ont la particularité d’être spontanément actifs, aussi bien in vivo qu’in vitro, générant une activité pacemaker reposant essentiellement sur l’activité de conductances intrinsèques. Notamment, les canaux potassium Kv4.3 (sensibles au potentiel) et SK3 (activés par le calcium) ont respectivement un rôle crucial dans le contrôle de la fréquence de décharge et dans le contrôle de sa régularité. En dépit de ces rôles avérés, les animaux KOs pour ces canaux ont un phénotype général en apparence normal. Au cours de mon travail de thèse, nous avons caractérisé précisément les variations du phénotype électrique des neurones DA de la SNc chez ces animaux KOs, dans des conditions physiologiques et physiopathologiques. Dans une première étude, nous avons analysé un grand nombre de paramètres électrophysiologiques (fréquence de décharge, régularité, forme du potentiel d'action, propriétés de rebond) chez des animaux sauvages, KO Kv4.3 et KO SK3. En association avec des blocages pharmacologiques aigus de ces canaux, nous avons pu montrer que la délétion chronique du canal Kv4.3 conduit à une variation phénotypique semblable au blocage aigu du canal tandis que la délétion du canal SK3 semble compensée par d'autres canaux (notamment le SK2). L'évaluation comportementale des animaux Kv4.3 et SK3 confirme la robustesse des KOs SK3 et l'absence de robustesse des animaux Kv4.3 à la délétion du canal. Dans une seconde étude, préliminaire, nous avons utilisé un modèle de lésion bilatérale partielle pour étudier les répercussions comportementales et électrophysiologiques de la délétion du canal SK3 dans le développement de la maladie de Parkinson. Nos résultats suggèrent qu’en condition "Parkinson", la suppression constitutive du canal SK3 est associée à un léger effet anxiolytique, à l’abolition de l’hypersensibilité aux agonistes dopaminergiques mais aussi à des déficits de l’apprentissage moteur. Du point de vue électrophysiologique, les neurones DA de la SNc présentent un profil de décharge régulier similaire à la condition non-traitée. De manière cohérente avec la première étude, ces résultats suggèrent que dans les neurones survivants, des modifications compensatoires des propriétés de certains courants en maintiennent les propriétés électrophysiologiques. Ces deux études suggèrent que l'activité électrique des neurones DA de la SNc présente une robustesse partielle et variable à la délétion des canaux potassium (robuste à la délétion de SK3, peu robuste à la délétion de Kv4.3) qui peut être révélée dans des contextes physiologiques et physiopathologiques. Ce travail devrait permettre de mieux comprendre comment les mutations génétiques de canaux ioniques pourraient altérer la vulnérabilité des neurones DA de la SNc dans le contexte de la maladie de Parkinson.

The electrical activity of neurons and neuronal networks remains incredibly stable across the life of biological organisms in spite of the external (environmental changes) and internal (genetic mutations) perturbations these organisms are facing. Moreover, neuronal activity has been demonstrated to be robust to ion channel deletion, even when these ion channels are directly involved in activity genesis. A number of studies have suggested that the strong level of functional redundancy between ion channels might underlie this robustness of neuronal activity. The dopaminergic (DA) neurons of the substantia nigra pars compacta (SNc) display a characteristic spontaneous pattern of activity, called pacemaking, observed in vivo and in vitro and relying almost exclusively on intrinsic conductances. In particular, the Kv4.3 (voltage-gated) and SK3 (calcium-activated) potassium channels are known to play critical roles in the control of pacemaking frequency and pacemaking regularity, respectively. In spite of these demonstrated roles, the KO animals for these ion channels have a relatively "negative" phenotype. During my PhD, we precisely characterized the variations in electrical phenotype of the SNc DA neurons in these KO animals, in physiological and pathophysiological conditions. In a first study, we analyzed a large number of electrophysiological parameters (firing frequency, regularity, action potential shape, rebound properties) in wild-type, Kv4.3 KO and SK3 KO animals. Combined with acute pharmacological blockade of these ion channels, we showed that Kv4.3 chronic deletion leads to a phenotypic change similar to the one induced by acute blockade of the channel while SK3 deletion appears to be compensated by other ion channels (in particular SK2). Evaluation of motor behavior of Kv4.3 and SK3 KO animals confirmed the robustness of SK3 animals and the absence of robustness of Kv4.3 animals. In a second preliminary study, we used a bilateral partial lesion model to assess the behavioral and electrophysiological consequences of SK3 deletion on Parkinson's disease (PD) development. Our results suggest that in a PD context, the chronic deletion of SK3 channel is associated with a slight anxiolytic effect, the abolition of dopaminergic agonist hypersensitivity but also with motor deficits. From an electrophysiological viewpoint, SNc DA neurons display a pacemaking behavior similar to the untreated condition. Consistent with our first study, these results suggest that changes in the properties of other ion channels compensate for the loss of SK3 in surviving neurons. These two studies suggest that SNc DA neuron activity displays a partial and variable robustness to potassium channel deletion (robust to SK3 deletion, sensitive to Kv4.3 deletion) that can be revealed in physiological and pathophysiological conditions. This work will help understanding how ion channel mutations may alter SNc DA neuron vulnerability in PD.