Remodelage développemental des synapses

Dany Arsenault
Remodelage développemental des synapses
lemniscales dans le noyau ventral postérieur du
thalamus
Mémoire présenté
à la faculté des études supérieures de l'Université Laval
dans le cadre du programme de maîtrise en neurobiologie
pour l'obtention du grade de maître es sciences (M.Sc.)
Département de psychiatrie
Faculté de médecine
Université Laval
Québec
2007
Dany Arsenault, 2007

Résumé
Le développement du système nerveux comprend plusieurs phases : neurogénèse, migration
cellulaire, croissance des neurites, synaptogénèse et raffinement synaptique. Cette dernière étape
de remodelage est cependant mal connue au niveau des mécanismes cellulaires et synaptiques.
Par des enregistrements cellulaires en configuration cellule entière voltage imposé, nous avons
caractérisé la maturation synaptique de la fibre lemniscale du système somato-sensoriel des
vibrisses chez la souris. Nous avons démontré que les neurones du noyau ventral-postérieur-
médian (VPM) du thalamus chez une souris âgée de 7 à 9 jours post-natals (JPN) sont innervés
par environ 8 fibres et que ce nombre diminue entre 1 et 3 (moyenne de 1.4) après la troisième
semaine post-natale (PN). Cette diminution d'innervation sensorielle démontre que la maturation
des fibres lemniscales comprend une élimination de synapses. De plus, cette période
d'élimination s'accompagne de plusieurs changements synaptiques tels une augmentation du
ratio des réponses AMPA/NMDA (Alpha-amino-3-hydroxy-5-methyl-ioxyzole-4-propionic acid
(AMPA); N-methyl-D-asparate (NMDA)), une diminution du temps de descente et de la
sensibilité à l'ifenprodil (antagoniste des sous-unité NR2B) des réponses NMDA, une
augmentation dans la force des premières réponses AMPA et une augmentation du maximum
des réponses AMPA et NMDA. La rectification des courants AMPA entrants et la plasticité
synaptique à court terme (indice de probabilité de relâchement) ne changent pas au cours de cette
période. De manière surprenante, la privation d'expérience sensorielle n'affecte pas l'élimination
des synapses ainsi que les changements synaptiques de cette période développementale.

Avant-propos
Je tiens, dans un premier temps, à remercier mon directeur de recherche, le Dr Zhong-
Wei Zhang, pour m'avoir donné l'opportunité, il y a deux ans, de travailler dans son
laboratoire lors d'un stage et, par la suite, de compléter une maîtrise. Sa grande
disponibilité durant ces deux années a été grandement appréciée.
Je tiens également à remercier le Dr Martin Deschênes pour son aide professionnelle et le
temps qu'il a su me consacrer.
Je remercie Cyril Bories pour son aide et ses conseils dans la réalisation de certains
travaux.
Finalement, je remercie tout le personnel du centre de recherche Robert-Giffard. Par leur
soutien et leurs conseils, ces personnes, d'une manière ou l'autre, m'ont aidé dans mon
apprentissage.

Table des matièresPage
Page titre I
Résumé II
Avant-propos III
Table des matières IV
Liste des figures VI
Liste des abréviations VII
Chapitre 1 : Rappel du système des vibrisses 1
1.1 Définition du terme des vibrisses 1
1.2 Les fonctions des vibrisses 1
1.3 Structure et arrangement de la vibrisse 2
1.3.1 Arrangement spatio-corporel des vibrisses 2
1.3.2 La structure des vibrisses 2
1.3.3 Récepteurs vibrissaux 2
1.3.4 Innervations sensorielles de la base épithéliale de la vibrisse 3
1.3.5 Innervations motrices de la base épithéliales de la vibrisse 3
1.3.6 Les ganglions sensoriels des vibrisses 3
1.4 Notion de champs récepteurs 4
1.5 Organisation du système nerveux des vibrisses 4
1.5.1 Les relais et les voies ascendantes du système des vibrisses 4
1.5.2 Le complexe nucléaire trigéminal du tronc cérébral 5
1.5.3 Le thalamus 5
1.5.4 Le cortex somato-sensoriel 6
Chapitre 2 : Rappel de la maturation des connexions au cours du
développement du système nerveux 11
2.1 Les deux phases développementales de la maturation synaptique des
systèmes somato-sensorielles 11
2.2 Présence développementale de fibres glutamatergiques silencieuses 13
2.3 Changements dans les propriétés synaptiques au cours de la maturation 13
2.4 Rôle de l'expérience sensorielle et de l'activité spontanée dans la
maturation des réseaux neuronaux 15
Chapitre 3: Problématique et hypothèse de recherche 22
Chapitre 4 : Matériels et méthodes
4.1 Préparation des tranches de cerveau de souris 23
4.2 Enregistrement cellulaire de type « patch-clamp » en configuration
cellule entière et en voltage imposé 23
4.3 Voltage membranaire enregistré 25
4.4 Pharmacologie des réponses lemniscales 25
4.5 Révélation à labiocytine 26
4.6 Fixation des tranches à partir d'une solution de « permount » 28
4.7 Visualisation des neurones marqués à la biocytine 28

4.8 Drogues et applications des drogues 28
4.9 Privation sensorielle 29
4.10 Analyse des données 29
4.11 Recrutement quantitatif des fibres glutamatergiques par un protocole de
stimulation progressive 29
4.12 Estimation du nombre de fibres 30
4.13 Identification des synapses glutamatergiques silencieuses 31
4.14 Évaluation de la rectification des réponses médiées par les composantes
AMPA 31
Chapitre 5 : Résultats
5.1 Élimination d'entrées synaptiques fonctionnelles durant le développement.... 37
5.2 Présence développementale de fibres glutamatergiques silencieuses 39
5.3 Changements développementaux dans le ratio AMPA/NMDA 40
5.4 Changements développementaux dans les propriétés des composantes
NMDA 41
5.5 Changement développemental dans la relation « CPSE- voltage membranaire »
des composantes AMPA 42
5.6 Changements développementaux dans la plasticité à court terme 43
5.7 L'effet d'une privation d'expériences sensorielles 43
Chapitre 6 : Discussion et conclusion
6.1 Élimination des synapses dans le VPM au cours du développement 53
6.2 Élimination des synapses lemniscales silencieuses lors de la maturation 54
6.3 Changements développementaux dans les propriétés synaptiques des
connexions au VPM 55
6.4 Rôle de l'expérience sensorielle dans le raffinement des connexions
lemniscales aux VPM 56
Références 58