Remaniements fonctionnels des réseaux locomoteurs spinaux au cours du développement de l’amphibien Xenopus laevis en métamorphose
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Thèse soutenue le 17 décembre 2008: Bordeaux 1
La plasticité du système nerveux central face aux contraintes environnementales ou morphologiques est un processus fondamental mis en place afin de permettre à l’animal de maintenir des comportements adaptés. Parce que le comportement locomoteur est essentiel à la survie de l'animal, les mécanismes neuronaux permettant sa genèse doivent s’adapter aux modifications morphologiques de l’organisme pendant son développement. Pour aborder cette question, nous avons développé un nouveau modèle expérimental pour lequel les modifications morphologiques au cours du développement sont extrêmes et impliquent des reconfigurations à long terme du système nerveux. L'amphibien Xenopus laevis lors de sa métamorphose est, en effet, un modèle pertinent pour étudier (par des approches comportementales, neuroanatomiques, électro-physiologiques et pharmacologiques), les mécanismes impliqués dans la réorganisation des réseaux neuronaux locomoteurs de la moelle épinière face à des modifications extrêmes du schéma corporel. En effet, pendant sa métamorphose, l'animal passe d'un mode de locomotion ondulatoire mettant en jeu sa musculature axiale, à un mode de locomotion appendiculaire grâce aux membres néo-formés. Il existe de plus des stades intermédiaires où les deux modes de locomotion coexistent et expriment des relations fonctionnelles variables. Nos expériences d’électrophysiologie extracellulaire nous ont permis de dégager la dynamique temporelle de l’émergence du réseau de neurones commandant la locomotion appendiculaire adulte et de ses relations fonctionnelles avec le réseau locomoteur commandant la nage larvaire lorsque ces deux réseaux coexistent. D’après les résultats présentés, il apparaît un changement de l’équilibre fonctionnel et des interactions entre les commandes locomotrices ondulatoire et appendiculaire, faisant des stades intermédiaires de la métamorphose les témoins privilégiés du passage de relais progressif entre les deux systèmes locomoteurs. Nos travaux ont également démontré que l’activité de chaque réseau ainsi que leurs relations fonctionnelles sont sujettes à modulation glutamatergique et aminergique destinées à adapter la locomotion aux besoins de l'animal. Nous montrons que certains modulateurs (tels que le glutamate, la sérotonine et la noradrénaline) exercent des effets opposés sur les réseaux locomoteurs larvaires et adultes, alors qu'à l'inverse, la dopamine conserve les mêmes propriétés modulatrices sur ces réseaux malgré les profonds bouleversements subis pendant le développement. Outre leur rôle modulateur, nos résultats suggèrent aussi un rôle des afférences aminergiques dans la maturation des réseaux locomoteurs et ouvrent de nombreuses interrogations quant aux mécanismes impliqués dans la plasticité des afférences neuromodulatrices elles-mêmes au cours de la métamorphose. L’apparition et la disparition de neurones sérotoninergiques intraspinaux concomitantes avec la croissance des membres postérieurs, et précédant la régression de l'appendice caudal laissent envisager un rôle de la sérotonine dans la maturation du réseau locomoteur appendiculaire ou dans la chronologie de la régression du réseau axial.
-Xenopus laevis
-Locomotion
-Moelle épinière
-CPG spinaux
-Développement
-Métamorphose
-Neuromodulation
Plasticity of the central nervous system is fundamental to an animal's capacity to adapt to continually changing biomechanical and environmental demands. Although the neuronal mechanisms underlying such essential behaviours as locomotion must adapt to an organism's morphological modifications during growth and development, the associated changes that occur in central nervous function remain poorly understood. To address this issue, we have developed a new experimental model - the amphibian Xenopus laevis during its metamorphosis - in which the extreme biomechanical modifications occurring during this critical period necessitate a correspondingly extensive and long-term reorganisation of locomotor neural circuitry within the animal's spinal cord. During metamorphosis, the locomotory strategy of Xenopus shifts from undulatory swimming involving axial tail-based movements, to appendicular propulsion that uses the newly formed limbs. At intermediate metamorphic stages, moreover, the two locomotor strategies coexist within the same animal as the secondary limb-based motor circuitry is progressively replaces the primary axial network as the limbs are added and the tail regresses. By making extracellular recordings of spontaneous fictive locomotor patterns generated by isolated brainstem/spinal cord preparations, we have charted the temporal dynamics of the emergence of the appendicular neuronal network and determined its functional relationship with larval axial locomotor circuitry through the metamorphic period. Our results have shown that the limb circuitry is initially present but not functional, functional but subordinate to the embryonic axial network, functionally independent from the axial network, and ultimately alone after axial circuitry disappears with tail resorption. Furthermore, the use of pharmacological approaches established that during the metamorphic transition, the coexisting spinal locomotory networks and their functional interactions are subject to glutamatergic and aminergic modulation in order to adapt locomotory performance to the immediate behavioural needs of the animal. Interestingly, the neuromodulators glutamate, serotonin and noradrenaline exert directly opposing influences on the larval and adult locomotor networks, while dopamine preserves a similar modulatory action on the two circuits in spite of their profound remodelling during metamorphic development. Finally, in addition to a short-term modulatory role, our immunocytochemical evidence suggested that descending aminergic systems may contribute to the long-term maturation of spinal locomotor circuitry during metamorphosis in parallel with their own developmental reconfiguration. Specifically, the appearance and disappearance of a population of intraspinal serotonergic neurons concomitant with hindlimb growth and preceding tail regression suggested a role of serotonin in the maturation of the appendicular locomotor network and/or in the chronology of axial network regression.
-Xenopus laevis
-locomotion
-spinal cord
-spinal CPG
-development
-metamorphosis
-neuromodulation
Source: http://www.theses.fr/2008BOR13750/document
N° d’ordre : 3750
THESE
présentée à
L’UNIVERSITE BORDEAUX 1
ECOLE DOCTORALE SCIENCES DE LA VIE ET DE LA SANTE
par Aude Rauscent
POUR OBTENIR LE GRADE DE
DOCTEUR
SPECIALITE : Neurosciences
Remaniements fonctionnels des réseaux locomoteurs spinaux au
cours du développement de l’amphibien Xenopus laevis en
métamorphose
Soutenue le : 17 décembre 2008
Après avis de messieurs:
Abdeljabbar El Manira Professeur, Karolinska Institutet, Sweden Rapporteur
Keith Sillar Professeur, University of St Andrews, UK
Devant la commission d’examen formée de messieurs:
Abdeljabbar El Manira Professeur, Karolinska Institutet, Sweden Rapporteur
Keith Sillar Professeur, University of St Andrews, UK
Jean-Marie Cabelguen Professeur, Université Bordeaux 1 Président
Didier Orsal Professeur, Université Pierre et Marie Curie, Paris VI Examinateur
Denis Combes Professeur, Université Bordeaux 1 Examinateur
A David,
qui a métamorphosé ma vie…
Remerciements
Ce travail de thèse a débuté au sein de l’ UMR CNRS 5543 « Physiologie et physiopathologie de la signalisation cellulaire »
dirigée par monsieur le professeur Bernard Bioulac à qui j’adresse toute ma reconnaissance pour m’avoir accueilli dans son laboratoire.
Je voudrais également remercier le docteur Jean-Réné Cazalets de m’avoir accompagnée tout au long de cette thèse en tant que
directeur de l’UMR CNRS 5227 « Mouvement Adaptation Cognition ».
Ce travail de thèse n’aurait pu voir le jour sans le regard expert de l’ensemble des membres de l’équipe de Neurophysiologie Adaptative
des Systèmes Moteurs. Je voudrais ici rendre hommage à John Simmers, grand manitou de cette équipe si dynamique. Thank you
so much John, j’espère seulement ne pas t’avoir trop torturé avec les statistiques…
Plus qu’un merci à Denis Combes sans qui ce travail n’aurait pas était possible. Merci Denis pour avoir été l’instigateur de ce fabuleux
projet qui m’a passionné pendant trois ans et dont je ne manquerai pas de suivre l’évolution. Merci de m’avoir accordé tant de confiance
et d’indépendance, d’avoir fait de moi ta priorité lors de la rédaction de ce manuscrit qui n’aurait pas été ce qu’il est sans ton soutien.
Merci d’avoir été présent à chaque étape de cette métamorphose !
Je suis profondément reconnaissante aux professeurs Keith Sillar et Abdeljabbar El Manira de m’avoir fait l’immense honneur
de porter leur jugement expert sur ce travail. Je remercie le professeur Jean-Marie Cabelguen d’avoir accepté de présider mon jury
de thèse. Merci également au professeur Didier Orsal pour avoir consacré de son temps précieux à l’évaluation de ce travail.
Marie-Jeanne, ton savoir-faire et ta connaissance de la neuroanatomie ont été un des alliés puissants contre ces moelles de xénopes
si récalcitrantes. A force de courage et d’entêtement, nous y sommes parvenues ! Merci de m’avoir tant appris et d’avoir été une alliée
féminine dans ce monde de garçons… !!!
Merci à tous membres du NASM pour avoir fait de ces quatre dernières années un moment merveilleusement agréable. Didier, si
écrire des scripts t’amuse, ils m’auront certainement sauvé la vie pour mes analyses. Merci d’avoir été un soutien sans faille et de m’avoir
initiée aux social events des meetings et à leurs délicieux cocktails !! Didier, merci à toi pour ta gentillesse et ton sourire complice ainsi
que pour les conseils précieux que tu m’as donnés. Romuald, je n’oublierai jamais le jour où devant mes stat, tu as douté !! Quelle
victoire !! Merci pour ta rigueur et ta bonne humeur ! Enfin Morgane, les déjeuners à midi pile n’auraient pas eu la même saveur si je
ne les avais pas partagés avec toi. Merci de m’avoir si souvent écoutée avec une oreille compréhensive et chaleureuse et d’avoir apporté
tant de gaieté dans l’équipe. Prends soin de toi et de tes petits jumeaux… Vraiment un grand grand merci à tous.
Que l’ensemble des membres du laboratoire soit assuré de ma gratitude et de ma reconnaissance pour leur convivialité et leur bonne
humeur communicative. Je remercie particulièrement Lionel Para-Iglesias pour s’être occupé avec tant de soin de mes petites
bestioles. Un immense merci à Laura Cardoit, dont les mains de fée et la qualité de travail sont inégalables et ont été des atouts très
précieux pour la réussite de mes projets de neuroanatomie au cours de ma thèse.
Je tiens à remercier la belle Région Aquitaine sans le financement de laquelle je n’aurais pu accomplir ce travail. Je souhaite
également remercier les organismes tels que la FENS ou encore l’ENI qui m’ont permis de présenter mes travaux lors de conférences
internationales en m’attribuant des bourses de voyages.
Je remercie l’ensemble de l’équipe pédagogique de biologie animale de l’université Bordeaux 1 ainsi que mes collègues moniteurs.
Enseigner est devenu une drogue dont je ne saurais plus me passer.
Quatre années en parallèle, de longues heures en salle de manip et voilà que nous avons terminé et en beauté !!! Bonne chance Aurore
pour la suite… Je te souhaite plein de soleil californien et plus si affinité !
Ma chère Anna, ton esprit quelque peu farfelu à ses heures ainsi que tes théories fumeuses sur le dernier poilu entre autre auront
contribué à allonger nos vies de quelques décennies vu le nombre de fous rires qui nous ont animés. Je te souhaite une très belle dernière
année de thèse, pleine de résultats et autres théories mais comme le travail n’est pas toute notre vie je te souhaite également de jolies
choses avec ton amoureux. J’ai bien peur que maintenant que nous avons presque retrouvé nos hommes, easyjet et ryanair connaissent
une crise sans précédent !!! Prend soin de toi et donne de tes nouvelles ! DDDDD
DDDDD
Charles, seul garçon dans le bureau des 3A, tu auras bien résisté ! Même si ton passage au labo aura été synonyme de quelques kilos
superflus (brownie addiction), il restera comme une des périodes les plus rigolotes de ma thèse. Bon vent pour la suite… Géraldine, toi
qui reprends le flambeau xénopien, plein de courage et de magnifiques neurones. Profite bien de ton séjour français !
Je voudrais à présent remercier mes parents sans l’amour desquels je ne tiendrais pas debout. Vous avez toujours cru en moi et avez
toujours su me donner confiance lorsque le doute s’insinuait en moi. Merci également à mes deux fantastiques et mythiques petites
sœurs, Caroline et Julie vous êtes les sœurs les plus extra du monde. Cette année 2008 aura sans doute été une des plus
importantes de notre vie. Félicitations à vous deux, vous êtres des championnes ! Une pensée à l’ensemble de ma famille, en particulier
mes deux grands-mères, pour avoir été des piliers précieux et pour m’avoir toujours écoutée.
Merci également à la famille Belin pour les bons moments passés ensemble depuis presque 6 ans.
Je tiens également à remercier mes amis pour avoir été toujours présents et compréhensifs.
Je pense en particulier à ma chère Marthou… Depuis que nous nous sommes rencontrées en première année de fac, nous ne nous
sommes plus quittées. Toujours partante pour les bons et mauvais coups, à l’heure où j’écris ces quelques lignes, tu es mariée et …
Maman. Oui, Yves vient juste de m’apprendre que Juliette est née… Si tu savais comme je suis émue… Merci Marthe d’être ma
meilleure amie !
Et toi, espèce de Tep… En juin 2003, un grand mec en noir entrait dans ma vie et pour mon plus grand bonheur j’espère qu’il n’en
sortira plus. Olivier, j’espère être témoin (tu sais que je rêve encore que tu ne me choisis pas…) de ta vie encore longtemps, de tes
craquages (aaahhahahhh) et autres tepesqueries inimitables. Mais Olivier n’est rien sans sa Sophie. Merci à toi Sophie pour ton
grain de folie qui épice chaque moment passé ensemble. J’espère que vous savez que vous êtes des amis plus que précieux.
Enfin, Eric, tu m’avais prédit une courte existence auprès de ton pinpin (t’aime pas la mousse au chocolat ! tu vas vite de faire virer
toi…), ben non je m’accroche. Avant que tu ne t’exiles pour des contrées lointaines, j’ai passé avec toi de merveilleux moments bien plus <
