Organisation anatomique et rôle du couplage astrocytaire dans l’activité rythmique du noyau sensoriel du trijumeau

Abstract

Plusieurs fonctions cérébrales dépendent de la capacité de générer une activité rythmique dans les circuits neuronaux. L’exemple le plus intuitif est celui des réseaux de neurones, nommés générateurs de patrons centraux (GPCs), encodant des patrons de mouvements répétitifs tels que ceux de la locomotion, de la respiration et de la mastication. Nos travaux ont été réalisés dans le noyau sensoriel principal du trijumeau (NVsnpr) dans lequel une activité rythmique est observée uniquement dans la partie dorsale qui formerait le cœur rythmogénique du GPC de la mastication. Des travaux antérieurs ont démontré le rôle clé des interactions astrocytes-neurones pour la genèse de décharges rythmiques. En effet, l’activité rythmogénique de ces neurones dépend d’un courant sodique persistant (INaP) dont l’activation est favorisée par une baisse du calcium extracellulaire. Les astrocytes activés par les afférences au noyau interviennent dans ce processus en libérant une protéine chélatrice du calcium, le S100β, provoquant une baisse de calcium extracellulaire. Les astrocytes sont généralement couplés par des jonctions communicantes et dans de nombreux cas, la forme des réseaux astrocytaires chevauche parfaitement l’organisation neuronale sous-jacente dans les régions où celle-ci respecte une certaine cartographie. Cependant, il n’existe aucune description de l’organisation des réseaux astrocytaires dans les GPCs. Notre première hypothèse est que le couplage astrocytaire présenterait une organisation spatiale supportant la fonction rythmogénique neuronale située exclusivement dans la partie dorsale du NVsnpr. Pour cela, nous avons développé une méthode d’analyse vectorielle pour étudier l’orientation préférentielle des réseaux astrocytaires dans le noyau. Deuxièmement, ce couplage astrocytaire pourrait jouer un rôle dans la rythmogenèse et sa coordination. Nos résultats démontrent que le couplage astrocytaire est augmenté par les stimuli induisant la rythmogenèse, cette modulation impliquant le S100β. Ces réseaux d’astrocytes présentent une étendue limitée et une organisation spatiale qui épouse les frontières de la partie dorsale du NVsnpr. Enfin, ce couplage astrocytaire est nécessaire à la rythmogenèse. Ces résultats démontrent l’implication des réseaux astrocytaires dans la délimitation d’une frontière fonctionnelle et suggèrent qu’ils pourraient jouer un rôle important dans la coordination et/ou la synchronisation de la décharge des populations. Cette implication des réseaux astrocytaires dans une activité rythmique pourrait être observée dans d’autres circuits neuronaux comme les GPCs de la respiration ou de la locomotion.

Several cerebral functions depend on the capacity of neuronal circuit to generate rhythmic activity. The most intuitive example is neuronal circuits referred to as central pattern generators (CPGs), which encode the repetitive movement patterns for locomotion, respiration and mastication. Our work was performed in the trigeminal main sensory nucleus where rhythmic activity observed only in the dorsal part is thought to reflect the rhythmogenic core of the masticatory CPG. Previous studies have shown the key role that astrocytes-neurons interactions play in neuronal rhythmic firing. In these neurons, rhythmogenic activity relies on a sodium persistent current (INaP) which activation is promoted by a decrease of extracellular calcium. Astrocytes activated by afferences to the nucleus take part in this process by releasing S100β, a protein that chelates calcium and promotes INaP activation by decreasing extracellular calcium. Generally, astrocytes are coupled by gap junctions and in many cases where neurons are organized topographically, the shape of astrocytic networks overlap perfectly the underlying neuronal organization. However, the organization of astrocytic networks in CPGs has not been described so far. Our first hypothesis is that the organization of astrocytic coupling supports the rhythmogenic function in the dorsal part of the NVsnpr. We developed a vectorial analysis method to address the preferential orientation of astrocytic networks in the nucleus. Secondly, astrocytic coupling could be implicated in rhythmogenesis. The results presented in this thesis show that rhythmogenic stimuli increase astrocytic coupling and S100β is implicated in this modulation. Astrocytic networks show a limited spread and a spatial organization which follow the boundaries of the dorsal part of NVsnpr. Finally, astrocytic coupling is required for rhythmogenesis. Our results indicate that astrocytic networks define functional boundaries and suggest that they could play an important role in the coordination and/or synchronization of firing of neuronal populations. Astrocytic coupling may also play a similar role in other neural circuits such as locomotion and respiration CPG.