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Thèse Charlotte Bertot

The role of microglial cells in the development of neuronal circuits

Le 7 décembre 2016


 Soutenance le mercredi 7 décembre 2016 à 13h30 dans la salle de conférence du Centre de Génomique Fonctionnelle de Bordeaux (CGFB), Université de Bordeaux site Carreire 

Thèse réalisée sous la direction d’Elena Avignone, Maitre de conférences, Université de Bordeaux Institut Interdisciplinaire de Neurosciences / CNRS UMR 5297 - Equipe de Laurent GROC

 Microglial cells, the resident macrophages of the central nervous system, were mainly studied for their role in pathological conditions, but they recently appeared to be involved in synaptic development and circuits formation during postnatal period. During this critical period, microglial cells colonize the central nervous system and interact with other cell types, including neurons. 

A specific way of communication between neurons and microglia involves neuronal released fractalkine (CX3CL1) and its specific microglial receptor CX3CR1. CX3CR1 KO mice contributed to unclose microglial role during development. Indeed, CX3CR1 ablation alters microglia distribution in the brain, and it affects glutamatergic transmission and synapse maturation. However, these effects seem to be transient and brain region specific and their mechanisms are poorly understood.

Furthermore, some effects observed in juvenile or adult mice may have origin during development, when neuronal connections are established. GABA plays a fundamental role in this process since it is excitatory. The influence of neuron-microglia interaction on neuronal activity in the hippocampus during this period is poorly understood. In particular, nothing is known on GABAergic activity, known to be synaptogenic during this period.

My PhD project aimed at investigating how the signaling fractalkine pathway impacts microglial colonization of the hippocampus and neuronal activity during the first two postnatal weeks. Our results indicate that in CX3XR1KO mice there is a reduction in the density of microglial cells at P7-P9 in the CA3 hippocampal area, accompanied at P7 by a significant reduction of frequency of Giant Depolarizing Potentials (GDPs), a network activity involved in hippocampal synapse formation and maturation. Furthermore, despite no overall difference in glutamatergic or GABAergic synaptic activity, GABAergic events display a subpopulation of larger events, and the kinetics was slightly faster. Thus, the disruption of the specific neuronal-microglia signaling pathway on one hand impacts the microglia colonization of the hippocampus and on the other hands affects specifically neuronal network activity during a time window critical for the establishment of neuronal connections. Key words: microglia, Hippocampus, postnatal development, GDPs, network, GABA


Les cellules microgliales constituent la population de macrophages résidents du système nerveux central. De par leur appartenance au système immunitaire, elles furent longtemps considérées actives uniquement en conditions pathologiques. Au contraire, ces dernières décennies, elles sont apparues comme physiologiquement actives, notamment au cours de la période critique de formation du système nerveux central. Au cours du développement embryonnaire et postnatal, les neurones nouvellement générés migrent vers leur position définitive avant de développer leur arbre dendritique et axonal afin de former les connexions synaptiques à la base des réseaux nécessaires aux fonctions cérébrales.
L’étude des microglies au cours de la période postnatale, a montré l’implication d’un mode de communication spécifique entre les neurones et la microglie, la voie Fractalkine/CX3CR1, dans la mise en place des cellules microgliales d’une part et dans le développement synaptique glutamatergique d’autre part. Cependant, l’importance de cette communication neurone-microglie pour le développement du système inhibiteur GABAergique est peu connue. Au cours de mon travail de thèse, je me suis intéressée au rôle de la voie de communication Fractalkine/CX3CR1 dans la distribution des cellules microgliales et le développement postnatal du réseau GABAergique de l’Hippocampe.

Nous avons ainsi montré que la suppression du récepteur microglial CX3CR1 induit une diminution du nombre de microglies dans la région CA3 de l’Hippocampe, dans une fenêtre temporelle précise entre 7 et 9 jours après la naissance. Cette diminution du nombre de microglies est corrélée avec une altération de l’activité de réseau au niveau de cette région. En effet, la fréquence des GDPs (Giant Depolarizing Potentials), une activité de réseau impliquée dans la formation et la maturation des synapses et spécifiquement générée en CA3, est diminuée à la fin de la première semaine postnatale. De plus, malgré l’absence de modification majeure de l’activité synaptique glutamatergique et GABAergique, les évènements postsynaptiques GABAergiques présentent une sous-population d’évènements plus amples et des cinétiques légèrement plus rapides, pouvant suggérer une modification de la population d’interneurones mis en jeu.
L’ensemble de mon travail de thèse met en évidence l’impact de la communication neurone-microglie par la voie Fractalkine/CX3CR1 sur le développement postnatal de l’Hippocampe. Son absence affecte d’une part, la colonisation microgliale, et d’autre part, une activité de réseau caractéristique de l’Hippocampe, dans une fenêtre temporelle critique pour la mise en place des connexions synaptiques et la formation des réseaux neuronaux.

Mots clés : microglie, Hippocampe, développement postnatal, GDPs, réseau, GABA

Publication Bertot, C., Groc, L., Avignone, E. The neuron-microglia signaling tunes neuronal network, but not synaptic, activity in the neonate hippocampus (in preparation).  

charlotte.bertot(at)outlook.com
Dernière mise à jour le 25.11.2016

Jury

Daniel VOISIN,
PU, Université de Bordeaux
Président
Valérie CREPEL,
DR, Aix-Marseille Université Rapporteur
Etienne AUDINAT,
DR, Université Paris Descartes Rapporteur
Eric BOUE-GRABOT,
DR,
Université de Bordeaux
Invité
Elena AVIGNONE,
MC
Université de Bordeaux
Directeur de thèse

Directrice de thèse



Elena Avignone, PhD
Institut Interdisciplinaire de NeuroSciences
UMR 5297 CNRS /
Team: Development and Adaptation of Neuronal Circuits
Université de Bordeaux
CGFB 
Bordeaux
France