Dynamique des interactions entre excitation et inhibition périsomatique dans le circuit hippocampique normal et épileptique in vivo

Abstract

L'hippocampe est une structure essentielle pour les processus d’apprentissage et la mémoire. Le fonctionnement de ce circuit neuronal repose sur des interactions complexes entre cellules pyramidales glutamatergiques excitatrices et divers types d'interneurones GABAergiques inhibiteurs, dont on connait mal les rôles exacts car il est très difficile d'étudier in vivo la fonction inhibitrice issue d'interneurones spécifiques. L'altération des interactions synaptiques entre cellules pyramidales et interneurones de l'hippocampe est de plus à la base de pathologies neurologiques telle que l'épilepsie, neurodéveloppementales telle que l'autisme, ou neurodégénératives telle que la maladie d'Alzheimer. Parmi les différents types d'interneurones, ceux qui expriment la parvalbumine (PV) et dont l'axone projette sur les corps cellulaires (inhibition périsomatique) des cellules pyramidales ont une organisation anatomique qui les rend particulièrement efficaces pour bloquer la décharge de potentiels d'action chez leurs cellules cibles. C'est la raison pour laquelle on considère qu'ils jouent un rôle particulièrement important non seulement dans le codage de l'information (en contrôlant quelle cellule est en mesure ou non de décharger) mais aussi dans l'équilibre du circuit, pour éviter que l'excitation réciproque entre cellules pyramidales ne dégénère en crise d'épilepsie. L'efficacité de cette inhibition dite périsomatique dépend largement du gradient électrochimique des ions chlorure (Cl-), c'est à dire la combinaison entre le potentiel membranaire et la répartition des ions Cl- entre l'intérieur et l'extérieur du neurone cible. Or, ces paramètres ne cessent de changer au fil de l'activité neuronale, et il a même été démontré que le gradient Cl- pouvait s'inverser, générant un effet paradoxalement excitateur de la transmission GABAergique. Ce phénomène, qui participerait à la mise en place physiologique des circuits neuronaux immatures, est aujourd'hui également considéré comme une source majeure de dérèglement des circuits neuronaux dans diverses pathologies comme l'épilepsie, l'autisme ou la schizophrénie. Il s'agit donc d'un champs de recherche aux implications cliniques directes, et la recherche de drogues permettant de restaurer un gradient Cl- physiologique représente un espoir thérapeutique majeur, mais les données contradictoires de la littérature appellent à la recherche d'une évaluation directe, qui n'a pas été réalisée jusque-là faute de disposer d'une approche technique adéquate. Pendant ma thèse, par des techniques d'électrophysiologie, d’opto- et de pharmaco-génétique, j'ai contribué à la mise au point d'une nouvelle approche méthodologique sophistiquée d'évaluation de la transmission GABAergique périsomatique dans l'hippocampe, à même de respecter la complexité des dynamiques de l'activité neuronale spontanée in vivo. Mon travail de thèse a consisté à étudier le rôle fonctionnel des interneurones parvalbumine (PV) de l'inhibition périsomatique dans le circuit hipocampique adulte, dans les conditions physiologiques et dans deux modèles d'épilepsie chez la souris. J'ai ainsi pu détecter in vivo l'expression d'un GABA excitateur mais qui ne semble pas participer à la génération des crises aigues car exprimé dans la période de silence post-ictale, ni à l'épileptogénèse car exprimé seulement de façon anecdotique une semaine post-status epilepticus, un stade auquel j'ai également observé que la majorité des neurones pyramidaux de CA3 n'étaient plus sous contrôle inhibiteur périsomatique. En plus de contribuer à mieux comprendre l'épileptogénèse, ces travaux pourraient servir de modèle pour l'évaluation de la contribution d'un GABA excitateur à diverses conditions pathologiques, et de l'efficacité réelle de diverses approches visant à moduler le gradient chlore pour restaurer une fonction inhibitrice in vivo.