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.
Soutenue le 15 décembre 2017 à 14h30
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.
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.