Plates-Formes de Recherche en Neurosciences

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Deuxième session

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C12 : Etude quantitative des remaniements synaptiques associés à la synchronisation photique de l’horloge circadienne

C. Girardet1, M-P. Blanchard2, M. Moreno1, A-M. François-Bellan1, D. Becquet1 et O. Bosler1

1CRN2M, CNRS-UMR 6231 et 2Centre de Microscopie et Imagerie, IFR Jean Roche

La rythmicité des fonctions biologiques est orchestrée par une horloge centrale localisée dans le noyau suprachiasmatique de l’hypothalamus (NSC) qui intègre en permanence les variations cycliques de l’environnement lumineux. Le processus de synchronisation photique s’accompagne d’une réorganisation de l’architecture du réseau neurono-glial du NSC, notamment dans l’environnement immédiat des neurones à VIP qui constituent les principales cellules d’intégration des messages photiques. Dans le but de mieux caractériser cette plasticité et en comprendre les mécanismes, nous avons comparé l’innervation synaptique des neurones à VIP et à vasopressine (AVP), autre source majeure des efférences du NSC, à un temps diurne (ZT02 : 2h après éclairement) et un temps nocturne (ZT18 : 6h après extinction). L’analyse a été focalisée sur les synapses à glutamate, principal neurotransmetteur excitateur du NSC et notamment des afférences rétiniennes, après marquages immunocytochimiques combinant la détection d’une part des terminaisons glutamatergiques et de leurs cibles VIP- ou AVP-ergiques, et d’autre part de la protéine Bassoon, marqueur sélectif des zones actives. Après quantification en imagerie confocale, nous montrons (1) qu’il existe une augmentation du nombre moyen d’inputs synaptiques sur les neurones à VIP en période diurne (ZT02), (2) que l’augmentation est sélective de ces neurones comparativement à leurs homologues à AVP, et (3) que les synapses glutamatergiques et non-glutamatergiques contribuent à cette plasticité. Ces dernières pourraient inclurent majoritairement les synapses GABAergiques, que l’on sait être impliquées dans la synchronisation intercellulaire des oscillateurs neuronaux du NSC et dont nous montrons qu’elles expriment aussi la protéine Bassoon. Toutefois, par une analyse quantitative sur préparations de double marquage en microscopie électronique, nous n’avons pas pu confirmer l’existence de variations significatives jour/nuit de la densité des synapses GABAergiques sur les neurones à VIP ou non-VIP, au moins sur leurs dendrites. L’augmentation diurne n’est apparue significative que pour les synapses non-GABAergiques sur les neurones à VIP. Ces données apportent une nouvelle illustration de la rapidité avec laquelle le cerveau peut modifier de manière réversible son architecture synaptique pour répondre à une demande fonctionnelle. Dans le NSC, les remaniements synaptiques qui affectent les cibles photiques pourraient être cruciaux pour la synchronisation photique de l’horloge circadienne. Ils pourraient être orchestrés par le BDNF, abondamment représenté et sujet à rythmicité dans le NSC, hypothèse actuellement à l’étude.

C17 : Tauopathie et dysfonctionnement des voies aériennes supérieures chez la souris : implication possible pour la maladie d’Alzheimer.

Clément Menuet1, Georg M. Stettner2, Christian Gestreau1, Peter Borghgraef3, Herman Devijver3, Ilse Dewachter3, Gérard Hilaire1, Mathias Dutschmann4 et Fred Van Leuven3.

1CRN2M, UMR 6231, Faculté Saint Jérôme, 13397 Marseille Cedex 20, France. 2Departement de Pédiatrie et Neurologie Pédiatrique, D-37075 Göttingen, Allemagne. 3Groupe de Génétique Expérimentale, Université Catholique de Leuven, B-3000 Leuven, Belgique. 4Institut de Biologie Membranaire et Systémique, Leeds LS2 9JT, Angleterre.

Dans diverses maladies neurodégénératives, telles la démence frontotemporale et la maladie d’Alzheimer, l’hyperphosporylation de la protéine Tau forme des agrégats neurofibrillaires. Afin de préciser le rôle d’une Tauopathie dans l’évolution de ces maladies, des souris transgéniques exprimant une forme mutante de la protéine Tau ont été créées. Ces souris, appelées souris TauP301L, développent des déficits cognitifs et moteurs et meurent prématurément, entre 9 et 12 mois (Terwel et al, J. Biol. Chem. 2005). Chez des souris TauP301L et des souris contrôles, nous avons utilisé trois approches expérimentales différentes (pléthysmographie, électrophysiologie et immunohistochime) afin de tester l’hypothèse qu’une Tauopathie peut altérer le fonctionnement des voies aériennes supérieures (VAS) et induire des troubles respiratoires. La pléthysmographie in vivo ne détecte aucune anomalie respiratoire chez les souris TauP301L jeunes (4 mois) mais révèle un flux aérien anormalement réduit en dépit de mouvements thoraciques anormalement accrus chez les souris TauP301L âgées (7 mois), suggérant qu’un dysfonctionnement des VAS entrave l’efficacité de la pompe thoracique. L’électrophysiologie in situ sur des préparations « Tronc Cérébral perfusé » (Paton J., J. Neurosci. Methods 1996) de souris TauP301L âgées confirme une anomalie de la commande motrice des muscles du larynx qui, paradoxalement, faciliterait la fermeture des VAS pendant l’inspiration, en particulier lors d’une hypercapnie. L’immunohistochimie révèle la présence d’agrégats denses de protéine Tau dans des noyaux du tronc cérébral associés au contrôle moteur des VAS (noyau gris périaqueducal, réticulaire intermédaire, et Kölliker-Fuse) et à la régulation du cycle veille/sommeil (locus coeruleus, raphé obscurus et magnus) chez les souris TauP301L âgées. Le développement avec l’âge d’une Tauopathie du tronc cérébral chez les souris TauP301L conduirait donc à un dysfonctionnement des VAS et à des troubles respiratoires fonctionnels. Ces résultats sont à mettre en parallèle avec les troubles respiratoires nocturnes et le dysfonctionnement des VAS décrits lors de la maladie d’Alzheimer.

C18 : Afférences vagales et contrôle de l’ingestion : effets du TNFα Abysique A, Quinson N, Vitton V et Bouvier M. Des troubles nutritionnels ainsi qu’une perte de poids sont fréquemment observés au cours de maladies inflammatoires chroniques de l’intestin (MICI). Des cytokines pro-inflammatoires (IL-1β, TNFα) impliquées dans la physiopathologie de ces maladies, sont capables de modifier les mécanismes de régulation à court et à long terme du poids du corps. Nous avons montré que la voie afférente vagale joue un rôle prépondérant dans l’intégration périphérique des messages sensitifs impliqués dans la régulation de la prise alimentaire. Ainsi la leptine modifie la décharge spontanée des mécanorécepteurs chémosensibles vagaux. La leptine augmente la fréquence de décharge spontanée de certaines unités via la libération d’IL-1β et diminue directement la fréquence de décharge d’autres. Ainsi les afférences vagales interviendraient dans le contrôle de l’ingestion en conditions physiologiques et pathologiques. Des données de la littérature indiquent une réduction de l’ingestion et un amaigrissement chez des patients atteints de MICI. De plus, on observe une prise de poids chez les patients traités par anti-TNFα. Notre hypothèse est que le TNFα est responsable, au moins en partie, de la perte de poids observée lors de ces pathologies par une action sur les afférences vagales sensibles à la leptine. Nos travaux ont été réalisés chez le chat anesthésié. L’activité unitaire des mécanorécepteurs vagaux chémosensibles est enregistrée par microélectrode de verre implantée dans le ganglion plexiforme. Nos résultats préliminaires montrent que le TNFα est capable d’activer les 2 types d’unités sensibles à la leptine. Les deux effets du TNFα sont bloqués par l’IL-1ra, bloquant endogène de l’IL-1β. Le TNFα agit donc via une libération d’IL-1β. Nos résultats démontrent que des cytokines pro-inflammatoires modifient les messages sensitifs vagaux à l’origine du contrôle à court terme de la prise alimentaire. Ces expériences, qui ont permis de montrer que les relations neuro-immunes se consomment par l’intermédiaire du nerf vague, soulignent la complexité de l’organisation de la sensibilité digestive.

C14 : Adaptation and inactivation sustain relaxation of mechanotransducer currents in mammalian sensory neurons Jizhe HAO and Patrick DELMAS Team "Ion Channels and Sensory Transduction" CRN2M, CNRS, UMR 6231, Université de la Méditerranée.

Mechanosensory neurons are responsible for the transduction of mechanical stimuli into action potentials that propagate to the central nervous system. The ability of these neurons to detect mechanical cues relies on the presence of mechanosensitive (MS) channels that rapidly transform mechanical forces into electrical signals. We examined the gating of MS cation currents in response to mechanical stimuli of varying amplitude and velocity. Positive force steps applied onto the cell membrane of rat DRG neurons elicited rapidly activating MS currents, which saturated with maximal stimuli. After their initial activation, MS currents decayed despite maintenance of the stimulus. Hereafter, we called this phenomenon “relaxation”. Based on relaxation kinetics, MS currents were classified as rapid (τ = 3-4 ms), intermediate (τ = 20-30 ms), slow (τ = 400-500 ms) and ultra-slow (> 1 sec). For all MS currents, the rate of relaxation was invariant over the entire range of stimulus intensity. Lowering extracellular Ca2+ concentration also had no effects on the relaxation time constants. Comparison of current-stimulus (I/X) curves determined before and at different times during a maintained conditioning stimulus showed that the I/X curve shifted along the X axis during the stimulus. In general, an important part of the MS current relaxation was due to the shift in the I/X curves. However, during stimulation some of the decay of MS currents resulted from inactivation, as seen by the reduction in the maximum amplitude of MS currents. Overall, our data indicate that the decline of MS currents during maintained stimulation reflects the operation of two distinct mechanisms : change in sensitivity of the mechanotransducer (adaptation) and channel inactivation.

C13 :Modifications du contrôle neurovégétatif régulant le système cardio-vasculaire induites par l’activité de la plongée subaquatique Yoann GOLE, Ombeline GARGNE, Mathieu COULANGE, Pascal ROSSI, Yves JAMMES, Alain BOUSSUGES. UMR-MD2, Physiologie et Physiopathologie en Conditions d’Oxygénation Extrêmes (P2COE), Université de la Méditerranée et Institut de Recherche Biomédicale des Armées Antenne Toulon (goleyoann aol.com)

L’étude des mécanismes physiologiques mis en jeu au cours d’une plongée subaquatique est essentielle à la compréhension des accidents qui lui sont associés (œdème pulmonaire d’immersion, accident de décompression, toxicité de l’oxygène). Le plongeur subit de nombreuses contraintes issues du milieu dans lequel il évolue. L’objectif de notre travail a été d’appréhender les modifications du contrôle neurovégétatif qui régule le système cardio-vasculaire induites par les contraintes rencontrées en plongée telles que l’immersion, l’exposition au froid, l’ambiance hyperbare, l’exposition hyperoxique et l’exercice physique. Nos investigations ont été réalisées chez le plongeur militaire professionnel (Plongeur Démineur et Nageur de Combat) et chez le volontaire sain novice en plongée. L’étude du système neurovégétatif a été réalisée par analyse spectrale d’indices hémodynamiques permettant ainsi l’estimation des modifications de l’activité des systèmes orthosympathique et parasympathique. L’analyse spectrale de la variabilité de l’intervalle RR (ms), issu du complexe QRS par lecture ECG, permet une estimation du contrôle neurovégétatif cardiaque tandis que l’analyse spectrale de la variabilité de la pression artérielle (mmHg) permet une estimation du contrôle vasomoteur. De plus, des mesures ultrasonores (échographie bidimensionnelle et Doppler) et des mesures de tonométrie d’applanation ont complété ces données hémodynamiques. Lors d’une immersion dans une eau à thermoneutralité (34°C), l’activité neurovégétative n’est pas modifiée (versus eau froide). A la sortie de 6 heures d’immersion, une déshydratation sévère est présente et l’activité neurovégétative est modifiée au profit de l’activité orthosympathique. L’hyperoxie normobare entraine une diminution la fréquence cardiaque (stimulation de l’activité parasympathique) et induit une vasoconstriction périphérique qui est régulée par des facteurs locaux (diminution de l’activité orthosympathique). Après l’arrêt d’une exposition hyperoxique, l’activité neurovégétative reste modifiée, pendant 10 minutes pour la régulation vasomotrice et jusqu’à 30 minutes pour la régulation cardiaque. Pour conclure, la plongée génère d’importantes modifications du système cardio-vasculaire et de son contrôle neurovégétatif. Cependant, la répétition de plongées chez le militaire bénéficiant d’un entraînement physique régulier ne semble pas s’accompagner d’altérations cardio-vasculaires à long terme.

C16 : Signalisation anorexigène dans le Complexe Vagal Dorsal : quel rôle pour le BDNF ? Lebrun Bruno, Bariohay Bruno, Roux Julien, Tardivel Catherine, Moyse Emmanuel, Trouslard Jérôme, Jean André CRN2M, Département de Physiologie Neurovégétative, Equipe Fonctions de nutrition et Complexe Vagal Dorsal dirigée par Jérôme Trouslard.

La régulation centrale de la prise alimentaire repose sur l’intégration de signaux d’adiposité et de satiété, principalement par l’hypothalamus et le complexe vagal dorsal. Parmi les voies de signalisation anorexigènes impliquées dans cette intégration, la signalisation mélanocortinergique joue un rôle majeur, tant au niveau de l’hypothalamus que du complexe vagal dorsal. En particulier, il a été montré que les récepteurs mélanocortinergiques de type 4 (MC4R) du CVD sont impliqués dans l’action anorexigène de la cholécystokinine (CCK) et que les neurones du CVD exprimant la pro-opiomélanocortine (POMC), précurseur du ligand des MC4R sont activés par la CCK et la leptine. Il a été montré que la neurotrophine Brain-derived neurotrophic factor (BDNF) et son récepteur de haute affinité TrkB sont impliqués dans la signalisation anorexigène au niveau du SNC et agissent en tant qu’effecteur aval de la signalisation mélanocortinergique au niveau de l’hypothalamus ventromédian. Nous avons montré que le BDNF exerce un rôle anorexigène au niveau du CVD. En effet, l’infusion de BDNF exogène au niveau du CVD entraîne une anorexie et une diminution de la croissance pondérale chez le rat adulte, alors que les taux endogènes de protéine BDNF sont modulés en fonction du statut nutritionnel et en réponse à des traitements par la leptine, la CCK et la ghréline, de façon cohérente avec un rôle anorexigène de cette neurotrophine. Plus récemment, nous avons montré que le BDNF intervient en aval de la signalisation mélanocortinergique au niveau du CVD. En effet, les taux endogènes de protéine BDNF du CVD sont respectivement augmentés et diminués lors de l’administration d’agonistes ou d’antagonistes des récepteurs MC4R au niveau du quatrième ventricule chez le rat adulte. De plus, les effets orexigènes de l’administration d’un antagoniste MC4R dans le quatrième ventricule sont abolis par la co-administration de BDNF exogène. Afin de bloquer sélectivement l’activation des récepteurs TrkB, nous avons tiré parti d’un modèle génétique où une mutation ponctuelle rend le récepteur TrkB sensible à des inhibiteurs pourtant inactifs sur le récepteur de type sauvage. L’exploitation de ce modèle murin nous a permis de démontrer que le blocage de l’activité kinase du TrkB abolit l’effet anorexigène d’un agoniste MC4R et de la CCK. De façon surprenante cependant, le blocage de l’activité kinase du TrkB n’entraîne pas à lui seul d’effet orexigène. Nos résultats ouvrent de nouvelles questions quant aux sites et aux mécanismes par lesquels la voie de signalisation BDNF/TrkB relaie les effets anorexigènes phasiques et toniques de la signalisation mélanocortinergique.

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