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Thèse Léa Milan

Physiopathologie de la sclérose latérale amyotrophie: implication des systèmes neuromodulateurs des réseaux moteurs spinaux

Le 10 décembre 2014


 Léa Milan soutiendra sa thèse le Mercredi 10 Décembre à la CGFB (Univ Bordeaux Carreire) à 14h30 . 
Directeur de thèse Sandrine Bertrand  
Team leader de l'équipe Didier Morin : Coordination et plasticité des générateurs spinaux

Les systèmes neuromodulateurs jouent un rôle essentiel dans la mise en place et dans la régulation des réseaux moteurs spinaux afin d’adapter finement le rythme et le patron locomoteur aux contraintes internes et externes de l’organisme. Il a été montré que des altérations du fonctionnement de ces systèmes étaient impliquées dans de nombreuses pathologies neurologiques.

La sclérose latérale amyotrophique (SLA) est une maladie neurodégénérative caractérisée par la perte des neurones moteurs corticaux et spinaux. Bien que les symptômes de la SLA n’apparaissent qu’à l’âge adulte, de plus en plus d’éléments amènent à penser que des modifications précoces des réseaux locomoteurs spinaux ont lieu dès les stades précoces du développement chez un modèle animal de la SLA, la souris SOD1. C’est dans ce cadre général que nous avons émis l’hypothèse que des altérations précoces des systèmes neuromodulateurs pourraient intervenir dans la physiopathologie de la SLA.
Dans un premier temps, nous avons comparé la modulation monoaminergique des réseaux moteurs spinaux en réalisant des enregistrements extracellulaires de l’activité locomotrice générée par la préparation de moelle épinière isolée chez la souris nouveau-née sauvage et SOD1.
Nous nous sommes ensuite attachés en combinant des enregistrements électrophysiologiques extra- et intracellulaires avec des techniques d’immunohistochimie et de biologie cellulaire à décrire la mise en place et l’évolution avec l’âge des synapses cholinergiques reçues par les motoneurones en provenance d’interneurones de la lamina X : les boutons en C. Enfin, nous avons initié une approche (1) comportementale sur le long terme de l’activité motrice des souris SOD1 et (2) des capacités plastiques des synapses glutamatergiques reçues par les motoneurones en culture.

L’ensemble de ces travaux, nous a permis de mettre en évidence des altérations précoces et évolutives des principaux systèmes neuromodulateurs spinaux: cholinergique, dopaminergique et noradrénergique chez les animaux SOD1. Nos résultats montrent pour la première fois (1) qu’une dynamique complexe des récepteurs M2 sous les boutons en C existe et que celle-ci est perturbée chez les souris SOD1 et (2) que les motoneurones ne sont pas les seuls neurones à dégénérer dans la moelle de ces animaux mais que les neurones cholinergiques de la lamina X situés dans les segments lombaires L2 sont aussi la cible de processus neurodégénératifs.


Mots clés : SLA, neuromodulation, moelle épinière, souris transgéniques, réseaux locomoteurs

Abstract
Neuromodulatory systems play a crucial role in the establishment and regulation of spinal motor networks to finely adjust the locomotor rhythm and pattern to the internal and external constraints. It is now well admitted that alterations in neuromodulatory functions are involved in diverse neurologic disorders. Amyotrophic lateral sclerosis is a neurodegenerative disease characterized by the specific loss of cortical and spinal motor neurons. A growing body of evidence now suggests that although ALS syndromes occur in adulthood, alterations can be detected as early as at the embryonic stages in the spinal cord of the rodent model of ALS, the SOD1 mouse.

In this context, we hypothesized that early alterations in the spinal neuromodulatory systems may be involved in the pathophysiology of ALS. To answer this question, in a first step, we compared the monoaminergic modulation of spinal network by recording extracellularly the fictive locomotion produced in the in vitro spinal cord preparation form newborn wild-type and SOD1 mice.
By combining extra- intracellular recordings with immunohistochemical and cellular biology technics, we aimed, in a second step, to investigate the cholinergic synapses arising onto motoneurons and their neuronal source, the lamina X interneurons as a function of the mouse age. Finally, we initiated (1) an innovative behavioural study of mouse motor habits and (2) an analysis of the synaptic plasticity of glutamatergic synapses imping on motoneurons in culture. Altogether, our data demonstrated early and progressive changes of the major spinal neuromodulatory systems: cholinergic, dopaminergic and noradrenergic.

Our data show for the first time that: (1) M2 receptors undergo a complex dynamic under C-bouton that is completely disturbed in SOD1 motoneurons and (2) motoneurons are not the only cellular subtype to degenerate in SOD1 mice. Indeed, we found evidence that neurodegenerative processes also target lamina X cholinergic interneurons in the SOD1 spinal cord.

Keywords : SLA, neuromodulation, spinal cord, transgenic mice, locomotor networks

Publications

- Léa Milan; Grégory Barrière; Philippe De Deurwaerdère; Jean-René Cazalets and Sandrine S. Bertrand (2014) Monoaminergic control of spinal locomotor networks in SOD1G93A newborn mice. Frontiers in Neural circuits.

- Léa Milan, Gilles Courtand, Laura Cardoit, Frédérique Masmejean, Jean-René Cazalets, Maurice Garret and Sandrine S Bertrand. Age-related changes in pre- and postsynaptic partners of the cholinergic C-boutons apposed to wild-type and SOD1G93A lumbar motoneurons. (soumis).

- Catecholamine/Serotonin Interactions : Systems Thinking for Brain Function and disease. Julie G. Hensler, Francesc Artigas, Analia Bortolozzi, Lynette C. Daws, Philippe De Deurwaerdère, Léa Milan, Sylvia Navailles and Wouter Koek. 2013 (2013) Advances in Pharmacology.

- Sylvia Navailles, Léa Milan, Hanane Khalki, Giuseppe Di Giovanni, Mélanie Lagière, Philippe De Deurwaerdère. Noradrenergic fibers model L-DOPA-derived extracellular dopamine in a region-dependent manner in parkinsonian rats (2014) CNS Neurosciences & Therapeutics.




Jury

Pascal Branchereau
PU Univ Bordeaux

Président
Florence Perrin
Pr, Univ Montpellier 2

Rapportrice
Jacques Durand
CR, Univ Aix-Marseille

Rapporteur
Gillian Butler-Browne
DR, Université Paris 6

Examinatrice
Frederic Brocard
CR, Univ Aix-Marseille

Examinateur
Sandrine Bertrand
CR, Univ Bordeaux

Directrice de thèse

Directrice de thèse



Sandrine Bertrand
Chargé de recherche - PhD
CNRS
Team: Coordinations and Plasticities of Spinal Generators
Domain: Motor Systems / Motor Neuron / Spinal Neural Networks


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