Neurones en contact avec le Liquide Cérébro-Spinal : des neuromodulateurs de l'activité motrice spinale chez les mammifères

Cerebrospinal Fluid-contacting neurons: a novel sensory system to modulate spinal motor activity in Mammals

• Auteur / Autrice : Edith Blasco
• Direction : Nicolas Wanaverbecq
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Neurosciences
• Date : Soutenance en 2025
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences du Vivant
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : INT - Institut des Neurosciences de la Timone
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : INT - SpiCCI - Moelle épinière et interface avec le liquide cérébro spinal
• Jury : Président / Présidente : Emmanuel Bourinet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Nicolas Wanaverbecq, Yasmine Cantaut-belarif, Abdel El manira, Fino Elodie, Matilde Cordero-erausquin
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Yasmine Cantaut-belarif, Abdel El manira

Mots clés

Mots clés libres

Neurones en contact avec le Liquide Cérébro-Spinal

Moelle épinière

Locomotion

Électrophysiologie

Pkd2l1

Cerebrospinal Fluid-contacting neurons

Spinal cord

Locomotion

Electrophysiology

Pkd2l1

Résumé

La locomotion, essentielle à la survie des êtres vivants, répond à des besoins vitaux tels que l'exploration pour trouver un habitat, de la nourriture et des partenaires ou échapper aux prédateurs. Elle est initiée par des commandes supraspinales et repose sur l'activité rythmique de réseaux neuronaux intra-spinaux, appelés Centres Générateurs de Patrons (CPG). L'activité des CPG est modulée par des centres supraspinaux, par des interneurones moteurs locaux et par des rétrocontrôles sensoriels périphériques, qui informent sur les mouvements, et permettent ainsi d’ajuster la trajectoire des membres tout en maintenant la posture. Les neurones de contact du liquide cérébrospinal (Nc-LCS), forment une population neuronale unique, conservée chez tous les vertébrés et localisée autour du canal central de la moelle épinière. Ces cellules GABAergiques, possèdent une morphologie caractéristique et expriment sélectivement des canaux PKD2L1 (Polycystin Kidney Disease 2-like1), appartenant à la famille des récepteurs TRP (transient receptor potential). Ils sont dotés de propriétés chimio- et mécanosensibles et représenteraient une nouvelle population de neurones sensoriels intrinsèques au système nerveux central. Chez le poisson zèbre, ces neurones répondent à des signaux chimiques du LCS et à des stimuli mécaniques tels que la torsion de la moelle épinière. Un ensemble de données anatomiques et fonctionnelles indiquent qu’ils sont insérés dans le réseau moteur spinal et qu’ils participent à la modulation de la nage et de la posture. En raison de similitudes anatomiques et fonctionnelles, ainsi que de leur position stratégique entre le LCS et le parenchyme, les Nc-LCS spinaux chez la souris, pourraient également avoir un rôle central dans la physiologie de la moelle épinière, en modulant notamment l’activité motrice. Des études récentes suggèrent en effet, que les Nc-LCS auraient un rôle dans la régulation de l’habileté motrice, mais à ce jour le réseau neuronal dans lequel ils sont insérés n’a pas été caractérisé. Mon projet de thèse visait à caractériser, chez la souris, les propriétés cellulaires des Nc-LCS, à démontrer leur connectivité anatomique et fonctionnelle dans le réseau moteur spinal et à identifier le phénotype de leurs partenaires postsynaptiques, afin de confirmer leur rôle potentiel dans la modulation du comportement moteur. Grâce à des enregistrements électrophysiologiques en patch-clamp sur tranches de moelle épinière lombaire de souris, j’ai caractérisé les propriétés cellulaires et l’expression de conductances ioniques et de récepteurs synaptiques des Nc-LCS lombaires. En utilisant un ensemble de modèle de souris transgéniques, j’ai également analysé au niveau anatomique la connectivité des Nc-LCS, que j’ai ensuite cartographiée de manière fonctionnelle par une approche optogénétique. J’ai enfin mis en place la stratégie de RT-PCR sur cellule unique pour identifier le phénotype de leurs cibles postsynaptiques. Mes résultats confirment que les Nc-LCS lombaires possèdent des propriétés de neurones sensoriels et démontrent pour la première fois chez la souris qu’ils établissent des connexions fonctionnelles avec des interneurones clés du réseau locomoteur spinal. Cette étude représente une avancée majeure dans la compréhension de la fonction physiologique des Nc-LCS lombaires chez les mammifères. Elle suggère que les Nc-LCS représenteraient des acteurs importants pour la modulation de l’activité motrice et notamment, de l’adaptation des mouvements fin, de l’ajustement de la trajectoire des membres et de la posture. Les enjeux majeurs sont à présent, d’identifier les signaux du LCS, en relation avec l’activité motrice, qui modulent les Nc-LCS et de caractériser les entrées synaptiques issues des retours sensoriels périphériques qui projettent sur les Nc-LCS.

Locomotion, essential to the survival of living beings, responds to vital needs such as exploration to find habitat, food and partners, or escape from predators. It is initiated by supraspinal commands and relies on the rhythmic activity of intraspinal neural networks called Central Pattern Generators (CPGs). The activity of the CPGs is modulated by supraspinal centers, local motor interneurons and peripheral sensory feedback, which provide information on movements, thus enabling adjustment of limb trajectory while maintaining posture. Cerebrospinal fluid contacting neurons (CSF-cNs) form a unique neuronal population, conserved in all vertebrates and localized around the central canal of the spinal cord. These GABAergic cells have a characteristic morphology and selectively express PKD2L1 (Polycystin Kidney Disease 2-like1) channels, belonging to the TRP (transient receptor potential) receptor family. They have chemo- and mechanosensitive properties and represent a new population of sensory neurons intrinsic to the central nervous system (CNS). In zebrafish, these neurons respond to chemical signals from the CSF and to mechanical stimuli such as torsion of the spinal cord. Anatomical and functional data indicate that they are inserted into the spinal motor network and participate in the modulation of swimming behavior and posture. Due to anatomical and functional similarities, as well as their strategic position between the CSF and the parenchyma, spinal CSF-cNs in mice may also play a central role in spinal cord physiology, notably by modulating motor activity. Recent studies suggest that CSF-cNs may indeed play a role in the regulation of motor skills and posture, but to date the neural network in which they are inserted has not been characterized. My thesis project aimed at characterizing the CSF-cN cellular properties in mice, demonstrate their anatomical and functional connectivity in the spinal motor network and identify the phenotype of their postsynaptic partners, to confirm their potential role in modulating motor behavior. Using patch-clamp electrophysiological recordings in mouse lumbar spinal cord slices, I characterized the cellular properties and expression of ionic conductances and synaptic receptors of lumbar CSF-cNs. Further, by implementing a set of transgenic mouse models, I analyzed at the anatomical level CSF-cN connectivity, which I then functionally mapped using an optogenetic approach. Finally, I developed a single-cell RT-PCR strategy to identify the phenotype of their postsynaptic targets. My results confirm that lumbar CSF-cNs possess properties of sensory neurons and demonstrate for the first time in mice that they establish functional connections with key interneurons of the spinal locomotor network. This study represents a breakthrough in our understanding of the physiological function of lumbar CSF-cNs in mammals. It suggests that CSF-cNs are players in the modulation of motor activity, in the adaptation of fine movements, adjustment of limb trajectory and posture. One of the major challenges now, is to identify which CSF signals in relation to motor activity, modulate CSF-cN activity and to characterize the synaptic inputs from peripheral sensory feedback loops, that project to CSF-cNs.