Caractérisation moléculaire et électrophysiologique du système nerveux intracardiaque murin

Molecular and electrophysiological characterization of the mouse intracardiac nervous system

• Auteur / Autrice : Guénaëlle Lizot
• Direction : Aurélien Chatelier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physiologie et Physiopathologie
• Date : Soutenance le 14/12/2022
• Etablissement(s) : Poitiers
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences Biologiques et Santé (Limoges)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Signalisation et transports ioniques membranaires (Poitiers ; 2014-2021) - Signalisation et Transports Ioniques Membranaires / STIM
• Partenaire(s) de recherche : faculte : Université de Poitiers. UFR des sciences fondamentales et appliquées
• Jury : Président / Présidente : Patrick Bois
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Flavien Charpentier, Yves De Koninck
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Mohamed Chahine, Lucile Miquerol

Mots clés

Mots clés contrôlés

Souris

Modèles animaux

Système nerveux

Coeur

Électrophysiologie

Ganglions végétatifs

Mots clés libres

Système nerveux intracardiaque

Ganglions cardiaques

Neurones périphériques

Phénotypes neurochimiques

Électrophysiologie

Intracardiac nervous system

Cardiac ganglia

Peripheral neurons

Neurochemical phenotypes

Electrophysiology

Résumé

Le contrôle nerveux des fonctions cardiaques implique des structures nerveuses centrales et périphériques dont l’action coordonnée conduit à la modulation des paramètres cardiaques telles que la fréquence cardiaque, la force contractile ou encore la vitesse de conduction de l’influx électrique. Ces mécanismes de régulation font notamment intervenir un ensemble de neurones localisés au sein du tissu cardiaque et formant le système nerveux intracardiaque (SNIC). Initialement, ces neurones furent considérés comme de simples relais parasympathiques. Toutefois, les études menées depuis une trentaine d’années suggèrent une organisation plus complexe de ce système. Elles proposent notamment que le SNIC serait impliqué dans la mise en place de boucles de régulation locales et indépendantes grâce à la présence de neurones sensoriels, d’interneurones ainsi que de neurones moteurs. Cette organisation complexe a notamment conduit certains à proposer le concept de « petit cerveau cardiaque ». Malgré l’ensemble des études menées jusqu’ici, la nature exacte des différents neurones composant les ganglions cardiaques n’a toutefois pas encore été déterminée et cela apparait d’autant plus important au regard de l’éventuelle implication de ces neurones dans la survenue et l’entretien de certaines pathologies cardiaques telles que les arythmies. Les progrès réalisés en matière d’ingénierie génétique offrent désormais la possibilité de décrypter précisément le fonctionnement de ce réseau neuronal intracardiaque et d’étudier plus minutieusement son implication dans les mécanismes pathologiques. Ainsi, l’objectif de cette thèse a donc été d’améliorer notre compréhension du SNIC en étudiant la complexité des cellules qui le composent.Pour cela, nous nous sommes tout d’abord consacrés à la caractérisation moléculaire et fonctionnelle globale du SNIC de la souris. En effet, bien que ce modèle offre de nombreuses possibilités techniques pour investiguer le rôle et les propriétés des différents types de neurones cardiaques, très peu d’études avaient été conduites sur ce modèle jusqu’à présent. Nos résultats ont permis de déterminer que les ganglions cardiaques de cette espèce regroupent différents profils neurochimiques. De plus, l’étude de leurs propriétés électrophysiologiques nous a également conduit à identifier différents types de neurone caractérisés par des capacités de décharge ainsi que des potentiels d’action distincts. Dans un deuxième temps, nous nous sommes appuyés sur la technologie Cre-Lox pour nous focaliser sur l’étude d’une sous-catégorie précise de neurones cardiaques, identifiée par l’expression de la calbindine. Nous avons notamment montré que cette population présentait des propriétés morphologiques et électrophysiologiques distinctes des autres neurones cardiaques. Enfin, nous nous sommes également intéressés, au sein des ganglions cardiaques, aux cellules non neuronales exprimant le marqueur de pluripotence Sox2 et à leur capacité à initier des mécanismes de neurogenèse in vitro. Nos résultats suggèrent que ces cellules seraient capables de s’engager vers un phénotype neuronal en culture.Le SNIC murin semble donc présenter une complexité moléculaire et fonctionnelle similaire à celle retrouvée dans les autres espèces. L'identification de différentes classes de neurones et l'émergence de cellules potentiellement impliquées dans une neurogenèse au sein de ce système ouvre la voie à de futures études du rôle des différentes populations de neurones cardiaques dans la physiologie et de leur remodelage dans la physiopathologie cardiaque.

The neural control of the heart involves central and peripheral neurons that act interdependently to modulate cardiac parameters such as heart rate, contractility or conduction velocity. As part of this cardiac neuronal regulation, the intrinsic cardiac nervous system (ICNS), which refers to clusters of neurons located within the cardiac tissue, is receiving increasing attention. Indeed, whereas intracardiac neurons were initially considered as simple parasympathetic postganglionic neurons, studies conducted over the past thirty years have suggested a more complex organization, including sensory, local regulatory, and motor neurons within intracardiac ganglia, allowing the initiation of local and independent regulatory pathways. This putative complex organization has led to the concept of “little brain on the heart”. Despite the numerous studies that have been conducted, the exact role played by the different cardiac neurons is not understood yet and this is of particular importance since they have been implicated in the initiation and maintenance of cardiac diseases such as arrhythmias. Recent advances in genetic engineering have opened new opportunities to improve our understanding of this intracardiac neural network and to better apprehend its involvement in cardiac diseases. Therefore, the objective of this thesis was to improve our knowledge about the ICNS by studying the complexity of its organization. To this aim, we first characterized the molecular and functional properties of the mouse ICNS. In fact, despite that this model represent a powerful tool to investigate the role and the properties of the different type of cardiac neurons, very little information was known about the ICNS of this species. Our results indicate that, within this species, cardiac ganglia are composed of different neurochemical profiles. Moreover, the examination of their eletrophysiological properties have also conducted to the identification of different types of neurons displaying different firing capacities and different action potentials characteristics. Secondly, we took advantage of the Cre-Lox system to specifically study a subtype of cardiac neuron, characterized by the expression of calbindin. Especially, we showed that this population display distinct morphological and electrophysiological properties compared to other cardiac neurons. Finally, within these cardiac ganglia, we also identifed a population of non-neural cells that express the pluripotency marker Sox2 and we investigated their ability to initiate neurogenesis in vitro. Our results suggest that these cells would be able to produce new neurons in culture.In conclusion, the mouse ICNS seem to have a molecular and functional complexity similar to other species. The identification of different groups of neurons and the presence of putative mechanism of peripheral neurogenesis within cardiac ganglia open new avenues of investigation regarding the role played by this different type of neurons and their remodeling in pathological states.