Le role de l’excitabilité neuronale intrinsèque pour les fonctions du réseau pré-limbique

The role of intrinsic neuronal excitability for Prelimbic network function

• Auteur / Autrice : Rafael De Sa
• Direction : Andreas Frick
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Neurosciences
• Date : Soutenance le 13/09/2019
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la vie et de la santé (Bordeaux)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Neurocentre Magendie (Bordeaux)
• Jury : Président / Présidente : Etienne Coutureau
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Andreas Frick, Etienne Coutureau, Susanna Pietropaolo, Mani Ramaswami, Dirk Schubert
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Susanna Pietropaolo, Mani Ramaswami, Dirk Schubert

Mots clés

Mots clés contrôlés

Mémoire

Canaux ioniques

Dopamine

Cortex préfrontal

Mots clés libres

Cortex prefrontal

Dopamine

Canaux ioniques

Syndrome du X fragile

Mémoire

Prefrontal cortex

Dopamine

Ion channels

Fragile X syndrome

Memory

Résumé

Le but de ce travail était de caractériser l’identité cellulaire des neurones de la couche 5 de l’aire prélimbique (PL) du cortex préfrontal médial (mPFC) chez la souris. En effectuant cette analyse, nous avons considéré les propriétés intrinsèques de ces neurones, leur morphologie, leur connectivité et enfin leur profil de transcription. Dans la première partie de cette étude, nous avons examiné la question de savoir comment l'expression des récepteurs à une molécule neuromodulatrice importante (dopamine) pouvait être utilisée, en plus d'autres critères, pour la caractérisation de l'identité de type cellulaire. Dans le PL, deux types de récepteurs principaux, les récepteurs de la dopamine 1 (D1R) et 2 (D2R) ont été décrits. Nous avons caractérisé l'identité cellulaire de ces neurones chez des souris de type sauvage (WT), puis utilisé ces résultats comme référence pour la caractérisation des défauts moléculaires et cellulaires dans le PL de Fmr1-KO, un modèle du syndrome du X fragile (SXF) et du trouble du spectre autistique (TSA). Pour ce faire, nous avons analysé les propriétés électriques intrinsèques de ces neurones et réalisé un regroupement de neurones basé sur ces propriétés intrinsèques. Nous avons analysé la morphologie de ces neurones, ainsi que leurs principales projections vers d'autres zones du cerveau. En outre, l'analyse du séquençage de l'ARNm a révélé plus de 500 gènes différemment exprimés entre les neurones D1R et D2R. Une analyse plus poussée du profil de transcription de ces neurones a révélé des différences en fonction d'un certain nombre de catégories différentes telles que l'expression des canaux ioniques, des facteurs de transcription et des molécules d'adhésion cellulaire. Ces données ont ensuite servi de référence pour la caractérisation des changements moléculaires et physiologiques du PL dans SXF / TSA. SXF est la cause héréditaire de déficience intellectuelle la plus fréquente et la cause génétique d'autisme la plus fréquente. Le SXF est caractérisé par des déficits d'apprentissage et de mémoire, un comportement répétitif, des convulsions et une hypersensibilité aux stimuli sensoriels (par exemple visuels). La modulation de la dopamine est modifiée dans ce modèle et il était donc pertinent de déterminer l’impact des modifications de ce système modulateur important pourraient avoir sur l’identité cellulaire dans SXF. Nous avons observé des différences de propriétés intrinsèques entre les neurones D1R et D2R. Cependant, ces changements ont montré des différences importantes par rapport à ceux observés chez les souris WT. Ces différences pourraient être expliquées par des altérations de l'expression de l'ARNm dans ces deux populations neuronales chez la souris Fmr1-KO. Nos découvertes indiquent en particulier une surexpression de gènes, notamment dans la population D1R de souris Fmr1-KO. Dans la deuxième partie de cette étude, nous avons porté notre attention sur les modifications des propriétés électrophysiologiques intrinsèques du PL projetant vers l’amygdale lors du codage précoce de la mémoire de peur contextuelle. Nous avons utilisé le conditionnement contextuel de la peur conjointement avec le traçage rétrograde et des enregistrements électrophysiologiques à cellules entières de neurones pyramidaux marqués chez des souris mâles adultes C56BL/6J âgées de 2 à 3 mois. Nous montrons que les neurones projetant dans l'amygdale présentent des modifications de l'excitabilité neuronale dépendantes de l'apprentissage au début de l'encodage du conditionnement contextuel de la peur, mais pas au niveau du long-terme. De plus, nous avons démontré que la manipulation des propriétés intrinsèques de cette population spécifique pendant les phases précoces ou le codage de la mémoire (mais pas pendant les phases de mémoire à long-terme) entraînaient des modifications du rappel de la mémoire de peur à un point temporel distant.

The goal of this work was a characterization of the cellular identity of Layer 5 neurons of the prelimbic (PL) subarea of the medial prefrontal cortex (mPFC) in mice. In performing this analysis, we considered the intrinsic properties of these neurons, their morphology, connectivity and finally their transcriptional profile. In the first part of this study, we considered the question of how the expression of the receptors a of important neuromodulatory molecule (dopamine) can be used, in addition to other criteria, for the characterization of cell-type identity. In the PL, two major receptor types, Dopamine 1 (D1R) and 2 (D2R) receptor have been described. We characterized the cellular identity of these neurons in wild-type (WT) mice and then used these findings as a reference for the characterization of molecular and cellular defects in the PL of Fmr1KO, a model for fragile X syndrome (FXS) and autism spectrum disorder (ASD). To do this, we analyzed the intrinsic electrical properties of these neurons and performed a clustering of neurons based on these intrinsic properties. We analyzed the morphology of these neurons, as well as their principal projections to other brain areas. In addition, RNA sequencing analysis revealed more than 500 genes differently expressed between D1R and D2R neurons. Further analysis of the transcriptional profile of these neurons revealed differences based on a number of different categories such as the expression of ion channels, transcription factors and cell adhesion molecules. This data then served as a reference for the characterization of molecular and physiological changes in the PL in FXS/ASD. FXS is the most common inherited cause of intellectual disability and the most frequent genetic cause of autism. FXS is characterized by learning and memory deficits, repetitive behavior, seizures and hypersensitivity to sensory (e.g. visual) stimuli. Dopamine modulation is altered in this model and it was thus pertinent to determine how changes to this important modulatory system might impact on cell identity in FXS. We observed differences in intrinsic properties between D1R and D2R neurons. However, these changes showed important differences from those observed in WT mice. These differences might be explained by alterations in mRNA expression in these two neuronal populations in Fmr1KO mice. In particular, our findings point to an overexpression of genes particularly in D1R population of Fmr1KO mice. In the second part of this study, we turned our attention to changes in the intrinsic electrophysiological properties of amygdala-projecting PL during early encoding of contextual fear memories. We used contextual fear conditioning together with retrograde tracing and whole-cell electrophysiological recordings of labeled pyramidal neurons in adult 2-3 month old male C56BL/6J mice. We show that neurons projecting to the amygdala display learning-dependent changes in neuronal excitability during early encoding of contextual fear conditioning, but not at a remote time-point. In addition, we demonstrated that manipulation of the intrinsic properties of this specific population during the early phases or memory encoding (but not during remote phases) lead to alterations in fear memory recall at a remote time-point.