Soutenance de thèse de Nina JURCIC

RECEPTEURS GABAB ET HOMEOSTASIE CALCIQUE DANS LES NEURONES QUI CONTACTENT LE LCR MEDULLO-SPINAL Les neurones en contact avec le liquide céphalorachidien (LCR-CNs) sont situés dans la région épendymaire autour du canal central (CC) dans le tronc cérébral et la moelle épinière et sont conservés chez tous les vertébrés. Ces neurones GABAergiques présentent une morphologie unique avec une seule dendrite qui se projette dans le LCR et se termine par une grande protrusion. Ils expriment sélectivement l'isoforme de polycystine (PKD2L1) des canaux du " Transient Receptor Potential" (TRP), suggérés pour agir comme chimio-récepteur et mécanorécepteur. Compte tenu de leur localisation, de leur morphologie et de l’expression sélective du canal PKD2L1, les LCR-CNs représenteraient une nouvelle population de neurones sensoriels dans le système nerveux central (SNC). Il a été démontré que les LCR-CNs expriment des récepteurs ionotropiques fonctionnels pour le GABA, le glutamate, l'acétylcholine et la glycine, et il est indiqué que les LCR-CNs sont insérés dans un réseau neuronal et que leur activité peut être régulée par des partenaires synaptiques qui restent à identifier. Des études récentes menées chez des vertébrés inférieurs ont démontré que ces neurones modulent activement les activités motrices et le comportement de nage in vivo. Jusqu'à présent, peu d'informations sont disponibles sur le rôle des LCR-CNs dans le SNC des mammifères. Pour mieux comprendre le rôle des LCR-CNs chez les mammifères, il est nécessaire de décrire les propriétés physiologiques et la modulation des LCR-CNs. Dans la présente étude, en utilisant des enregistrements électrophysiologiques dans des coupes aiguës de la moelle épinière et du tronc cérébral ainsi que l'imagerie Ca2+, je décris les mécanismes de signalisation du Ca2+ dans les LCR-CNs médullo-spinaux de souris. Je rapporte que les LCR-CNs expriment principalement des canaux Ca2+ (Cavs) activés à haute tension (HVA) qui sont modulés par les récepteurs métabolotropiques GABAB et muscariniques d'acétylcholine. Je décris également l'homéostasie du Ca2+ et montre l'implication des réserves intracellulaires calcique dans la régulation du Ca2+ intracellulaire. Ensuite, à l'aide d'enregistrements simultanés de la protrusion et du soma LCR-CNs, je démontre leur relation fonctionnelle et indique que la protrusion serait dépourvue de conductance ionique active. Au niveau du réseau, il a été démontré que les LCR-CNs reçoivent des entrées synaptiques. Nous montrons ici qu'ils sont liés synaptiquement aux neurones GABAergic et glutamatergiques et que les récepteurs GABAB modulent la neurotransmission des deux populations neuronales dont la localisation reste à déterminer. Enfin, une question cruciale sur les CSF-cNs chez les mammifères concerne leur rôle dans l'activité du SNC et en particulier dans le réseau moteur spinal. Pour répondre à cette question, nous avons développé des modèles de souris chimiogénétiques (DREADD) et optogénétiques (channelrhodopsin) afin de pouvoir manipuler sélectivement l'activité des LCR-CNs et démontrer leur fonction dans un modèle plus intégré. A ce jour, j'ai validé ces modèles in vitro et montré que l'approche optogénétique permet de manipuler l'activité des LCR-CNs pour évaluer leur rôle in vivo. Dans l'ensemble, les résultats de mon étude de doctorat contribuent à mieux comprendre les LCR-CNs médullo-spinaux des mammifères en fournissant des informations précieuses sur leur physiologie et leur modulation. Ceci ont également ouvert la voie à d'autres études menées dans le cadre d'une préparation ex vivo ou de modèles in vivo pour démontrer leur rôle dans la régulation de l'activité du SNC.

GABAB RECEPTORS AND CALCIUM HOMEOSTASIS IN MEDULLO-SPINAL CSF-CONTACTING NEURONS Neurons in contact with the cerebrospinal fluid (CSF-cNs) are located in the ependymal region around the central canal (CC) in the brainstem and the spinal cord and are conserved in all vertebrates. These GABAergic neurons exhibit a unique morphology with a single dendrite that projects to the CSF and ends with a large protrusion. They selectively express the polycystin isoform (PKD2L1) of “Transient Receptor Potential” (TRP) channels suggested to act as chemo- and mechanoreceptor. Considering their localization, morphology and selective expression of PKD2L1 channel, CSF-cNs would represent a novel population of sensory neurons within the central nervous system (CNS). It was shown that CSF-cNs express functional ionotropic receptors for GABA, glutamate, acetylcholine and glycine, and it is indicated that CSF-cNs are inserted in a neuronal network and that their activity may be regulated by synaptic partners which remain to be identified. Recent studies carried out in lower vertebrates demonstrated that these neurons actively modulate motor activities and swimming behavior in vivo. So far, little information is available regarding the role of CSF-cNs in mammalian CNS. To better understand the role of CSF-cNs in mammals, it is necessary to describe the physiological properties and modulation of CFS-cNs. In the present study, using electrophysiological recordings in spinal cord and brainstem acute slices together with Ca2+ imaging, I describe Ca2+ signaling mechanisms in mouse medullo-spinal CSF-cNs. I report that CSF-cNs express mainly high-voltage activated (HVA) Ca2+ channels (Cavs) that are modulated by metabotropic GABAB and muscarinic acetylcholine receptors. I also describe Ca2+ homeostasis and show the involvement of intracellular Ca2+ stores in the regulation of intracellular Ca2+. Next, using paired recordings from CSF-cN protrusion and soma, I demonstrate their functional relationship and indicate that the protrusion would be devoid of active ionic conductance. At the network level, CSF-cNs were shown to receive synaptic entries. Here we show that they are synaptically connected with GABAergic and glutamatergic neurons and that GABAB receptors modulate neurotransmission from both neuronal population whose localization remains to be determined. Finally, one crucial question about CSF-cNs in mammals concerns their role in CNS activity and in particular within the spinal motor network. To address this question, we developed chemogenetic (DREADDs) and optogenetic (channelrhodopsin) mice models to be able to selectively manipulate CSF-cN activity and demonstrate their function in more integrated model. To date, I validated these models in vitro and showed that optogenetic approach provides a way forward to manipulate CSF-cN activity to assess their role in vivo. Altogether, the results of my PhD study contribute to better understanding mammalian medullo-spinal CSF-cNs by providing valuable information on their physiology and modulation. They also set ground for further studies carried out in ex-vivo preparation or in vivo models to demonstrate their role in the regulation of CNS activity.