Soutenance de thèse de Quentin DELMOTTE

Cette thèse cherche à établir quels liens peuvent exister entre la voie Sonic Hedgehog (Shh), une molécule morphogène qui semble également participer à de nombreuses fonctions neurotrophiques après la naissance, et la transmission GABAergique. L’activation de Shh peut aboutir à deux voies différentes : la voie canonique, lente, par une interaction ligand-dépendante entrainant l’activation des facteurs de transcription Gli, et les voies non canoniques, rapides, qui ne passeront pas par les facteurs Gli. Dans un premier temps, en activant une voie Shh non canonique de façon aigüe avec un agoniste du récepteur Smoothened (Smo), nous avons pu montrer qu’elle était capable de moduler des activités primitives de réseaux dans l’hippocampe immature, les Potentiels Dépolarisants Géants (GDP). Ces activités sont impliquées dans la maturation des réseaux hippocampiques et leur plasticité, et ce dans une période temporelle stricte. Elles sont constituées de deux composantes : GABAergique et glutamatergique. Nous avons alors pu constater que la voie Shh n’agit que sur la transmission GABAergique, entrainant donc un déséquilibre de la balance excitation/inhibition. Des analyses plus poussées ont montré que cet effet passe par une libération du principal facteur neurotrophique dans le système nerveux central, le Brain-Derived-Neurotrophic-Factor (BDNF). Étant donné que l’activation de la voie Shh est capable de moduler l’activité GABAergique dans l’hippocampe, nous nous sommes alors demandé si sa modification sur le long terme pouvait avoir un impact sur la séquence développementale GABAergique. En effet, dans un cerveau immature, pendant les deux premières semaines après la naissance, le GABA a une action dépolarisante, voire excitatrice, dû à une concentration intracellulaire en chlorure plus forte dans les neurones immatures que dans les neurones matures. Cette concentration diminue au cours du développement et semble liée à l’augmentation de l’expression et de l’activité de KCC2, un cotransporteur potassium chlorure extrudant le chlorure. Des altérations de cette séquence maturative sont observées dans de nombreuses pathologies neurodéveloppementales comme l’épilepsie, l’autisme ou la schizophrénie. Nous avons étudié l’impact de la modulation de la voie Shh sur le long terme en injectant dans le cortex somatosensoriel de rats à l’état embryonnaire des constructions codant pour des récepteurs Smo mutés. Nous avons constaté que l’inhibition de la voie Shh retarde la maturation GABAergique en déstabilisant l’expression de KCC2 à la membrane à la suite d’un défaut de son endocytose, aboutissant ainsi à une concentration élevée en chlorure un effet qui a été observé jusqu’à trois semaines après la naissance. Ce retard de maturation diminue le seuil de déclenchement des crises tonico-cloniques induites par l’injection d’un agent convulsivant. À l’inverse, l’activation forcée du récepteur Smo entraine une accélération de la séquence maturative, rendant le GABA hyperpolarisant chez les animaux jeunes, avec une faible concentration intracellulaire en chlorure dû à une forte internalisation de KCC2. Ces résultats révèlent de nouvelles perspectives pour la voie Shh sur le contrôle de la régulation de l’homéostasie en ions chlorure via l’adressage et le maintien de KCC2 à la membrane, et par conséquent du changement de polarité du GABA au cours du développement postnatal.

This work is focused on links that may exist between Sonic Hedgehog (Shh) pathway, a morphogenic molecule which also seems to participate in many neurotrophic functions after birth, and GABAergic transmission. The activation of Shh can lead to two different pathways: ligand-dependent canonical pathway, leading to the activation of the transcription factors Gli, and rapid non-canonical pathway, which not pass through Gli factors. First, by activating non-canonical Shh pathway with acute application of SAG, a Smoothened receptor agonist (Smo), we were able to show it can modulate primitive network activities in the immature hippocampus, Giant Depolarizing Potentials (GDP). These activities are involved in the maturation and plasticity of hippocampus during perinatal period and are made up with GABAergic and glutamatergic components. Then, we demonstrate that Shh pathway only acts on GABAergic transmission, causing an imbalance in the excitation / inhibition ratio. Further analysis has shown that this effect involves release of the main neurotrophic factor in the brain, Brain-Derived-Neurotrophic-Factor (BDNF). Since activation of the Shh pathway is capable of modulating GABAergic activity in the hippocampus, we wondered if its long-term modification could have an impact on the developmental GABAergic sequence. In an immature brain, during firsts postnatal weeks, GABA is depolarizing with an excitatory action, due to a higher intracellular chloride concentration in immature neurons compared to mature neurons. It has been observed that this concentration decreased during development due to increased expression and activity of KCC2, a potassium chloride cotransporter. Alterations of this maturation sequence are observed in many neurodevelopmental pathologies such as epilepsy, autism or schizophrenia. To study long-term impact of Shh pathway modulation, we electroporate embryos with mutated Smo receptor, to be either constitutively active or dominant negative, in the somatosensory cortex of rats. We observed that Shh pathway inhibition delays GABAergic maturation by destabilizing membrane expression of KCC2 with an impaired endocytosis, thus resulting in a higher chloride concentration even three weeks after birth. This maturation delay lowers convulsant-induced threshold necessary to start off tonic-clonic seizures. Conversely, activation of Smo receptor accelerates maturation sequence, rendering GABA hyperpolarizing in young animals, with a low intracellular chloride concentration. These results reveal new perspectives for Shh pathway on chloride homeostasis through KCC2 membrane trafficking, and consequently on GABA polarity regulation during postnatal development.