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Thèse Mélissa Sourioux

Étude des mécanismes de coordination des activités rythmiques locomotrice et sympathique au sein d’un réseau spinal activé par l’acétylcholine chez le rat nouveau-né.

Le 15 décembre 2017

Le 15 Décembre 2017 à 14h30, salle de conférence du CGFB. Thèse sous la direction de Jean-René Cazalets. INCIA, CNRS UMR 5287.
Équipe Coordination et plasticité des générateurs spinaux (Sandrine Bertrand).

 
 
La locomotion, comme toute autre forme d'activité physique, mobilise le système locomoteur mais aussi le système nerveux sympathique afin de maintenir l’homéostasie et de faire face à la demande physiologique croissante.
On sait que ces réponses autonomes reposent principalement sur le couplage entre les systèmes moteurs somatique et sympathique, cependant les mécanismes neuronaux à l’origine de ce couplage fonctionnel restent à préciser. En effet, si le rôle des structures supraspinales dans ces mécanismes adaptatifs a déjà fait l’objet de plusieurs études approfondies, l’implication de mécanismes intrinsèques à la moelle épinière, bien que reconnue, n'est pas clairement établie.
Les motoneurones, à l’origine de la sortie locomotrice, sont situés dans la corne ventrale de la moelle épinière et les neurones sympathiques préganglionnaires sont quant à eux principalement retrouvés au niveau de la corne latérale des segments thoraciques. De manière intéressante, outre les diverses influences neuromodulatrices extrinsèques issues des structures supraspinales, l’activité des réseaux locomoteurs spinaux ainsi que des neurones préganglionnaires sympathiques intermédiolatéraux (IMLs) est modulée par le système cholinergique propriospinal. Dans ce contexte, le but de mon travail doctoral a été d'étudier le rôle du système cholinergique propriospinal dans la coordination entre ces deux systèmes.

En utilisant la préparation de moelle épinière de rat nouveau-né isolée in vitro, nous avons montré que l’acétylcholine permettait un couplage entre les réseaux locomoteurs et sympathiques via l’activation des récepteurs muscariniques. Différentes expériences d’électrophysiologie extra- et intracellulaire nous ont permis de révéler que (i) l'oxotrémorine, un agoniste à large spectre des récepteurs muscariniques, induit une activité rythmique lente qui dépendrait en grande partie de l'activation des récepteurs muscariniques de type M2. (ii) Cette activité rythmique se propage rostrocaudalement des segments thoraciques aux segments lombaires, mais pas l'inverse. Cette asymétrie des effets de l’oxotrémorine suggère que les segments thoraciques présentent une sensibilité distincte et préférentielle aux influences cholinergiques par rapport aux segments lombaires. (iii) Les motoneurones thoraciques sont rythmiquement actifs à la fois durant des épisodes de locomotion fictive et lors de l’application l'oxotrémorine tandis que les IMLs présentent une activité rythmique uniquement en présence d'oxotrémorine. La commande synaptique phasique reçue par ces deux populations en présence d’oxotrémorine nécessite l’intervention d’un relai glutamatergique. (iv) Enfin, des résultats préliminaires suggèrent que cet oscillateur somato-sympathique spinal pourrait être contrôlé par les structures supraspinales, en partie au travers du funiculus ventrolatéral. Cette étude fournit ainsi de nouveaux éléments concernant les processus neuronaux à l'origine du couplage entre les systèmes somatique et sympathique. Nous proposons ici que ces mécanismes de synchronisation sont réalisés en partie via un réseau intraspinal pouvant être activé conditionnellement par le système cholinergique propriospinal.

Mots-clés : moelle épinière, électrophysiologie, système somatique, système sympathique, acétylcholine.

Abstract:
Locomotion, as any other forms of physical activity, mobilizes the autonomic nervous system to match the increasing physiological demand. These autonomic responses mostly rely on the coupling between sympathetic and somatic motor activities. The propriospinal cholinergic system plays an important role in the control of locomotor networks, and several lines of evidences suggest that it may also activate sympathetic preganglionic neurons from the intermediolateral nucleus (IMLs).

The aim of my doctoral thesis was to investigate the role of the cholinergic propriospinal system in the coordination between these two systems. Using the in vitro isolated spinal cord from new born rat, we showed that application of acetylcholine synchronized the locomotor and sympathetic networks, via the activation of muscarinic receptors. Indeed, the non-selective agonist oxotremorine induced slow rhythmic activity blocked by muscarinic receptor antagonists. In addition, oxotremorine revealed endogenous rhythmogenic capabilities of the thoracic segments.
This slow oscillatory activity propagated from thoracic ventral roots to lumbar ones, but not the reverse. We observed that thoracic MNs were rhythmically activated during both locomotor-like activity and oxotremorine-induced rhythm. In contrast, IMLs were rhythmically activated solely in the presence of oxotremorine. This study provides new light on the origin of the coupling between the somatic and the sympathetic systems. We propose that synchronizing mechanisms are achieved in part by an intraspinal network which may be activated under the control of the cholinergic propriospinal system.

Keywords: spinal cord, electrophysiology, somatic system, sympathetic system, acetylcholine.

 

Publications : - Sourioux M*, Bestaven E*, Guillaud E, Bertrand SS, Cabanas M, Milan L, Mayo W, Garret M & Cazalets JR. 3-D motion capture for long-term tracking of spontaneous locomotor behaviors and circadian sleep/wake rhythms in mouse. Journal of Neuroscience Methods (2017). In press. *contributed equally -

Sourioux M, Bertrand SS & Cazalets JR.  
A cholinergic-activated thoracic spinal network for coupling of locomotor and sympathetic activities. Submitted.

Mélissa Sourioux, PhD student Institut de Neurosciences Cognitives et Intégratives d'Aquitaine UMR CNRS 5287 Université de Bordeaux Bâtiment 2A - Bordeaux Cedex (melissa.sourioux @ gmail.com)
Dernière mise à jour le 15.12.2017

Jury

Nicholas MELLEN
Université de Louisville (USA)
Rapporteur

Christian GESTREAU
Université Aix-Marseille
Rapporteur

Marie-Claude PERREAULT
Université Emory
Examinateur

David GUIRAUD
INRIA, Montpellier
Examinateur

Jean-René CAZALETS
CNRS, Bordeaux
Directeur de thèse

Sandrine BERTRAND
CNRS, Bordeaux
Membre invité