Décryptage du réseau neuronal responsable de l’atonie musculaire pendant le sommeil paradoxal chez le rat : création d’un modèle rongeur du RBD (REM sleep Behavior Disorder)

Neuronal network of paradoxical sleep muscle atonia : a pre-requirement in the creation of a RBD (REM sleep Behavior Disorder) rodent model

• Auteur / Autrice : Sara Valencia Garcia
• Direction : Patrice Fort, Pierre-Hervé Luppi
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Neurosciences
• Date : Soutenance le 04/12/2014
• Etablissement(s) : Lyon 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Neurosciences et Cognition (NSCo) (Lyon)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de Recherche en Neurosciences de Lyon (Bron ; Saint-Priest-en-Jarez ; 2011-....)
• Jury : Président / Présidente : Luc Zimmer
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Véronique Fabre
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Antoine Adamantidis, Isabelle Arnulf

Mots clés

Mots clés contrôlés

Neurones moteurs

Glycine (acide aminé)

Glutamate (ion)

Tronc cérébral

Mots clés libres

Tronc cérébral

C-Fos

Glutamate

Glycine

AAV-shRNA

Motoneurones somatiques

Brainstem

C-Fos

Glutamate

Glycine

AAV-shRNA

Somatic motoneurons

Résumé

Les circuits neuronaux responsables du sommeil paradoxal (SP) et de l'atonie musculaire qui le caractéristique sont l'objet de nombreuses recherches expérimentales, notamment en raison de l'existence de plusieurs pathologies invalidantes associées. Cette thèse de Neurobiologie s'inscrit plus spécifiquement dans la description anatomique et fonctionnelle du réseau neuronal responsable de l'atonie musculaire et son potentiel dysfonctionnement dans les troubles comportementaux en SP (RBD, REM sleep Behavior Disorder). Pour ce faire, nous avons combiné plusieurs techniques faisant appel à la neuroanatomie fonctionnelle, au traçage rétrograde de voies nerveuses, à l'hybridation in situ à la polysomnographie et à l'inactivation irréversible de populations neuronales ciblées moléculairement à l'aide de virus adéno-associés contenant des short hairpin RNAs (AAV-shRNA) chez le rat libre de ses mouvements. Nous avons ainsi montré que, contrairement à l'hypothèse généralement admise, le noyau sublatérodorsal pontique (SLD) n'est pas le générateur du SP. En effet, l'inactivation neurochimique de ses neurones glutamatergiques ou sa lésion totale diminuent les quantités de SP sans le supprimer, indiquant que le SLD n'est pas suffisant pour la genèse du SP. En revanche, ces expériences démontrent son implication directe dans la mise en place de l'atonie musculaire lors du SP. En effet, la déconnexion neurochimique des neurones glutamatergiques du SLD provoque pendant le SP l'apparition intermittente de tonus musculaire accompagné de comportements moteurs anormaux. En parallèle, nos travaux de thèse ont permis d'apporter des données expérimentales nouvelles sur la localisation, au sein de la formation réticulée bulbaire ventrale et non dans la moelle épinière, des interneurones GABA/glycine responsables de l'hyperpolarisation des motoneurones somatiques pendant le SP. En effet, ces neurones réticulaires sont exclusivement recrutés pendant le SP et envoient des projections monosynaptiques inhibitrices vers les motoneurones somatiques lombaires. De plus, leur déconnexion neurochimique ciblée déclenche des comportements moteurs anormaux sous-tendus par le maintien d'un tonus musculaire irrégulier pendant le SP. L'analyse actimétrique de ces comportements moteurs oniriques induits expérimentalement montre qu'ils sont très semblables à ceux observés après l'inactivation du SLD et à ceux décrits chez les patients RBD. Les données rapportées dans cette thèse permettent de mieux comprendre les mécanismes neurobiologiques générant le SP et ceux contribuant au contrôle moteur pendant le SP. Par la même occasion, nos travaux ont permis de valider deux modèles rongeurs du RBD humain, ouvrant ainsi des perspectives expérimentales pour l'élaboration de traitements ciblés de cette pathologie affectant le SP

A growing number of studies investigate the neuronal network responsible for paradoxical (PS) (or REM) sleep genesis and muscle atonia specific of this sleep state. The aim of this thesis was to characterize at the anatomical and functional levels the populations of neurons involved in generating muscle atonia during PS and their potential failure in REM sleep Behavior Disorder (RBD). For this purpose, we combined a large panel of experimental techniques such as functional neuroanatomy, retrograde tract-tracing, in situ hybridization, polysomnography and irreversible inactivation of genetically-targeted neurons with short-hairpin RNAs introduced in viral adenovectors (AAV-shRNA) in freely moving rats. We thus demonstrated for the first time that, in contrast to the currently admitted hypothesis, the pontine sublaterodorsal nucleus (SLD) is not the PS generator, since genetic inactivation of its glutamatergic neurons or its whole lesion diminish the quantities of but do not eliminate PS. This indicates that the SLD is not sufficient for PS generation. In contrast, our experiments clearly show that the SLD is responsible for muscle atonia because the specific inactivation of its glutamatergic neurons induces an irregular muscle tone concomitant to atypical motor behaviors during PS. In addition, we achieved original data about the location within the ventral medullary reticular formation, and not at spinal levels as often believed, of the glycine/GABA interneurons managing the sustained hyperpolarization of somatic motoneurons during PS. We indeed observed that these medullary neurons are selectively recruited during PS and send monosynaptic inhibitory efferents to the lumbar somatic motoneurons. Furthermore, their genetic inactivation is followed by an increase of abnormal motor behaviors underpinned by a sustained, although irregular, muscle tone. The actimetric analysis of these oneiric experimentally induced behaviors reveals that they are very similar to those observed after SLD inactivation or those reported in RBD patients. Taken together, data harvested during this Thesis help us to better understand the complex neurobiological mechanisms generating PS or specifically contributing to the control of the motor system during PS. At the same time, we validated two rodent models closely mimicking human RBD and thus opening new research fields for the development of targeted treatments for this pathology affecting REM sleep