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Thèse Lionel Froux

Propriétés de la synapse cortico-sous-thalamique : étude optogénétique chez le rongeur / Properties of the cortico-subthalamic synapse : an optogenetic study

Le 7 novembre 2014

Thèse soutenue  à l'Institut François Magendie  le 7 Nov 2014  / 13h
Institut des Maladies Neurodégénératives - Université de Bordeaux
CNRS UMR 5293 - Directrice de thèse Anne Taupignon

Les ganglions de la base (GB) forment un réseau de structures sous-corticales impliquées dans la motricité volontaire, mais aussi dans des aspects plus cognitifs et motivationnels du comportement moteur. La dopamine est un neuromodulateur essentiel au bon fonctionnement de ce réseau.

La synapse cortico-sous-thalamique (cortico-NST) est une synapse glutamatergique (excitatrice) transmettant les informations corticales au noyau sous-thalamique (NST), ce qui forme la première partie d’une des trois voies des GB : la voie hyperdirecte. La voie cortico-NST est impliquée dans des tâches de type « go-no-go » (arrêt d’un acte moteur débuté) et dans les effets bénéfiques de la stimulation cérébrale profonde du NST sur les symptômes de la maladie de Parkinson. Cependant, les propriétés des synapses cortico-NST ne sont pas connues. Ce manque d’informations provient, en partie, de l’anatomie particulière de cette voie, qui rend l’étude in vitro de la synapse cortico-NST difficile. L’utilisation de l’optogénétique nous a permis de contourner ce problème. En associant cette technique à l’électrophysiologie sur tranches de cerveaux de rongeur, nous avons mis en évidence un effet inhibiteur des récepteurs dopaminergiques D5 sur la transmission cortico-NST. Nous montrons également que les propriétés de plasticité à court terme de cette synapse lui permettent de réduire l’influence des messages corticaux à haute fréquence sur le NST. Les résultats obtenus au cours de cette thèse montrent que l’optogénétique est un bon moyen d’étudier la synapse cortico-NST in vitro et contribuent à améliorer la compréhension des propriétés de la cette synapse.

Mots-clés : ganglions de la base, noyau-sous-thalamique, voie hyperdirecte, récepteur D5, optogénétique, patch-clamp.


Résumé anglais:
Basal ganglia (BG) are a group of subcortical nuclei involved in action selection and in cognitive and motivational aspects of motor behavior. Dopamine is essential for proper functioning of BG. The cortico-subthalamic (cortico-STN) synapse is a glutamatergic (excitatory) synapse involved in signal transmission from cortex to subthalamic nucleus (STN). The cortico-STN synapse is the first synapse in the hyperdirect pathway, one of the three pathways of BG. Even if the cortico-STN pathway is involved in “go-no-go” tasks (stopping of an already started motor act) and in the beneficial effects of the high frequency stimulation of the STN on Parkinsonian symptoms, properties of the cortico-STN synapse are not well described. The lack of data is due, at least in part, to the specific anatomy of the cortico-STN pathway which does not allow the use of standard methods in vitro. The use of optogenetics allowed us to circumvent this issue. By coupling this approach with electrophysiology on brain slices in rodents, we show that dopaminergic D5 receptors stimulation reduces glutamatergic transmission at cortico-STN synapses. We also show that short-term plasticity properties of this synapse reduce the influence of high frequency cortical inputs on the STN. Our findings indicate that optogenetics enables studying the cortico-STN synapse in vitro and contributes to improving our knowledge of the properties of the synapse.

Keywords: basal ganglia, subthalamic nucleus, hyperdirect pathway, dopamine D5 receptor, optogenetics, patch-clamp.  

 

Publications
Chetrit J, Taupignon A, Froux L, Morin S, Bouali-Benazzouz R, et al. (2013) Inhibiting subthalamic D5 receptor constitutive activity alleviates abnormal electrical activity and reverses motor impairment in a rat model of Parkinson's disease. J Neurosci 33: 14840-14849.

Lionel Froux, Diana Suarez-Boomgaard, Jérôme Baufreton, Alicia Rivera, Maurice Garret, and Anne Taupignon, Dopamine receptor activity in the subthalamic nucleus. Neuromethods. Acceptée, à paraitre.

Froux L., Lebon-Jego M., Boomgard-Suarez D., Morin S., Rivera A., Miguelez C., Normand E., Baufreton J., Taupignon A., Cortico-subthalamic synapses with low-pass filter properties are negatively controlled by post-synaptic D5 receptors. En préparation.

Lionel Froux (lionel.froux @ u-bordeaux.fr)
Dernière mise à jour le 10.11.2014

Jury

Président
Laurent Groc
Rapporteurs
Denis Hervé
(DR, INSERM, Paris) 
Paolo Gubellini 
(CR, CNRS, Marseille)
Examinateurs 
Stéphane Palfi 
(PUPH, Université Paris 
Nicolas Maurice
(CR, CNRS, Marseille)
Invité
José-Luis Lanciego
(PU, Universidad de Navarra, Pampelune, Espagne)
Directrice de thèse
Anne Taupignon
(MC- PhD, IMN)

Directrice de thèse



Anne Taupignon
Maître de conférence - PhD
UFR Sciences pharmaceutiques, Université de Bordeaux
dans l'équipe : Dynamiques synaptiques et cellulaires des réseaux neuronaux de Jérôme Baufreton.

Publications...


Team : Synaptic and Cellular Dynamics of Neuronal Networks