Hypothalamic control of hippocampal area CA2 activity
Contrôle hypothalamique de l'activité de l'aire hippocampique CA2
par Vincent ROBERT sous la direction de Vivien CHEVALEYRE et de Rebecca PISKOROWSKI
Thèse de doctorat en Neurosciences
ED 158 Cerveau, Cognition, Comportement

Soutenue le Wednesday 16 May 2018 à Sorbonne Paris Cité

Sujets
  • Hypothalamus
  • Interneurones
  • Réseaux cérébraux
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Mots clés
Hippocampe, Hypothalamus, Aire CA2, SuM, Carbachol, Oscillations, Décharge en bouffée, Interneurones en panier parvalbumine-immunopositifs, Inhibition anticipée
Resumé
L'hippocampe est une structure cérébrale cruciale pour la mémoire et l'apprentissage. Ces fonctions sont assurées par l'activité coordonnée des neurones hippocampiques au cours d'oscillations au sein du réseau neuronal. Différents profils d'activité rythmique sont rencontrés dans l'hippocampe, notamment les oscillations theta et gamma ainsi que les « sharp wave ripples ». Toutefois, les mécanismes sous-jacents ne sont pas intégralement élucidés. En effet, plusieurs structures cérébrales connectées à l'hippocampe participent à la genèse de ces oscillations, cependant leurs contributions respectives demeurent méconnues. En particulier, le noyau supramammillaire hypothalamique (SuM) est une région fortement impliquée dans les oscillations theta qui afférente l'aire CA2, zone hippocampique longtemps négligée. De fait, la physiologie de cette connexion hypothalamo-hippocampique n'a jamais été examinée jusqu'à présent. Pourtant, de récentes études in vivo ont révélé un rôle de l'aire CA2 dans la genèse des « sharp wave ripples » et le codage spatial, suggérant de ce fait des contributions spécifiques de cette région aux fonctions hippocampiques. Ainsi, l'élucidation des mécanismes gouvernant l'activité de réseau de l'aire CA2, de son influence par les afférences du SuM et des conséquences sur les efférences hippocampiques sont nécessaires pour améliorer la compréhension des fonctions mnésiques de l'hippocampe. Afin de répondre à ces questions, nous avons combinés des approches histologiques, pharmacologiques, électrophysiologiques ex vivo, optogénétiques et chimiogénétiques sur tranches d'hippocampe de souris génétiquement modifiées. Cela nous a tout d'abord permis de caractériser les mécanismes associés aux oscillations gamma-mimétiques induites par l'agoniste cholinergique carbachol dans l'aire CA2, à l'échelle cellulaire et à celle du réseau neuronal. Lors de ce régime d'activité, nous avons mis en évidence que les neurones pyramidaux de CA2 déchargent des bouffées de potentiels d'action couplés à la phase de l'oscillation. Par la suite, nous avons prouvé que les neurones pyramidaux superficiels et profonds de CA2 reçoivent différents degrés d'excitation mono-synaptique et d'inhibition di-synaptique de la part des afférences du SuM. De plus, nous avons démontré que les afférences du SuM recrutent des interneurones en panier parvalbumine-immunopositifs qui contrôlent la précision temporelle des potentiels d'action émis par les neurones pyramidaux de CA2 via un processus d'inhibition anticipée. De surcroît, nous avons prouvé que l'inhibition recrutée par le SuM exerce un contrôle temporel sur la décharge des bouffées de potentiels d'action par les neurones pyramidaux de CA2 en présence de carbachol. Enfin, nous avons observé que l'activation des afférences du SuM au niveau de l'aire CA2 provoque une réduction prolongée d'activité dans l'aire CA1 en conditions de tonus cholinergique élevé. Ainsi, nos résultats mettent en exergue un rôle crucial du SuM dans le contrôle de l'activité de l'aire CA2 et ses conséquences sur les efférences de l'hippocampe. En conclusion, nous postulons que la connexion entre le SuM et l'aire CA2 sous-tend des aspects capitaux de la rythmogenèse hippocampique et des fonctions associées.