Thèse soutenue

Plasticité de la transmission synaptique inhibitrice dans la moelle épinière chez le rat
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Auteur / Autrice : Céline Jean-Xavier
Direction : Laurent Vinay
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Neurosciences
Date : Soutenance en 2008
Etablissement(s) : Aix-Marseille 2
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Plasticité et Physio-Pathologie de la motricité(P3M) (Marseille)
autre partenaire : Université d'Aix-Marseille II. Faculté de médecine (1970-2011)

Résumé

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La locomotion est générée par des réseaux de neurones, appelés Central Pattern Generator(CPG) par les anglo-saxons, localisés au niveau de la moelle épinière. Chez le rat, la maturation des CPG lombaires responsables de la motricité des membres postérieurs, intervient durant la période périnatale, au moment où les voies descendant du cerveau commencent à innerver l’élargissement lombaire. La maturation de la transmission synaptique de nature inhibitrice joue un rôle primordial dans le développement des alternances entre les mouvements des membres droit et gauche et entre les contractions des muscles fléchisseurs et extenseurs. Le GABA et la glycine, qui sont les principaux neurotransmetteurs inhibiteurs du SNC sont excitateurs à un stade immature et deviennent inhibiteurs durant le développement. La régulation de certains co-transporteurs spécifiques (KCC2 et NKCC1), qui déterminent la concentration intracellulaire en chlorure (Cl-), sous-tend cette maturation. Les travaux entrepris au cours de cette thèse ont eu pour but d’explorer le rôle de la modulation des systèmes inhibiteurs dans la plasticité fonctionnelle du réseau locomoteur spinal, à la fois au cours du développement et après lésions de la moelle épinière. Dans une première étude, nous avons caractérisé le décours temporel de l’évolution de la transmission inhibitrice sur une préparation in vitro de moelle épinière isolée prélevée sur des rats âgés de 0 à 7 jours (P0 à P7). L’utilisation de techniques d’électrophysiologie a révélé une hyperpolarisation au cours de cette période du potentiel d’équilibre des ions chlorure (ECl), ce qui traduit une réduction de la concentration intracellulaire de ces ions. L’étude immunhistochimique a démontré, au niveau des motoneurones, une augmentation de l’expression des transporteurs KCC2 qui expulsent le chlorure des cellules. Ces résultats nous ont permis de conclure que la maturation de l’inhibition post-synaptique s’achève au cours de la première semaine post-natale chez le rat. Nous avons ensuite étudié la contribution des influences supraspinales à cette maturation en réalisant une section totale de la moelle épinière à P0. Suite à cette lésion, le ECl des motoneurones en fin de première semaine postnatale était plus dépolarisé que chez les animaux contrôles du même âge, proche des valeurs enregistrées à P0-2. De plus, l’augmentation du marquage KCC2 normalement observée était absente après section, et les motoneurones enregistrés étaient moins sensibles aux manipulations expérimentales visant à tester la fonctionnalité des KCC2. Des sections de moelle épinière effectuées à des stades plus matures (P5 ou adulte) ont aussi entraîné une dépolarisation de ECl et une réduction du taux de KCC2, rendant les potentiels postsynaptiques inhibiteurs dépolarisant (dPPSI) lorsqu’ils sont enregistrés au potentiel de repos. La dernière série d'expériences a été consacrée à l’effet des dPPSI sur l’intégration synaptique, en associant les techniques d’électrophysiologie à la modélisation. Les résultats démontrent que les dPPSI peuvent soit inhiber soit faciliter des entrées excitatrices en fonction de 3 paramètres : (i) la valeur relative de ECl par rapport à VREST, (ii) le décalage temporel entre le PPSI et les autres entrées excitatrices et (iii) la localisation des synapses inhibitrices sur l’arborisation somato-dendritique. La plasticité de la transmission synaptique inhibitrice a longtemps été considérée aux niveaux du taux d’acides aminés inhibiteurs (GABA/glycine), de la densité de récepteurs… Le rôle excitateur du GABA et de la glycine et donc, l’importance de la régulation de la concentration intracellulaire en Cl-, étaient considérés comme des particularités du développement neuronal. Nos résultats suggèrent qu’au contraire, les dPPSI dans la moelle épinière ne sont pas des vestiges du développement foetal mais plutôt un mécanisme sophistiqué permettant de réguler les capacités intégratives du neurone et de mettre en forme les propriétés temporelles de l’activité du réseau. Enfin, ces travaux suggèrent que les transporteurs KCC2 pourraient être la cible d’une nouvelle voie de traitement de la spasticité.