Gliotransmission in the hippocampus, mechanisms and interaction with synaptic functions

SUMMARYAstrocytes represent the largest cell population in the human brain. In addition to a well established role as metabolic support for neuronal activity, in the last years these cells have been found to accomplish other important and, sometimes, unexpected functions. The tight enwrapping of synapses by astrocytic processes and the predominant expression of glutamate uptake carriers in the astrocytic rather than neuronal plasma membranes brought to the definition of a critical involvement of astrocytes in the clearance of glutamate from synaptic junctions. Moreover, several publications showed that astrocytes are able to release chemical transmitters (gliotransmitters) suggesting their active implication in the control of synaptic functions. Among gliotransmitters, the best characterized is glutamate, which has been proposed to be released from astrocytes in a Ca2+ dependent manner via exocytosis of synaptic-like microvesicles.In my thesis I present results leading to substantial advancement of the understanding of the mechanisms by which astrocytes modulate synaptic activity in the hippocampus, notably at excitatory synapses on dentate granule cells. I show that tumor necrosis factor- alpha (TNFa), a molecule that is generally involved in immune system functions, critically controls astrocyte-to-synapse communication (gliotransmission) in the brain. With constitutive levels of TNFa present, activation of purinergic G protein-coupled receptors in astrocytes, called P2Y1 receptors, induces localized intracellular calcium ([Ca2+]j) elevation in astrocytic processes (measured by two-photon microscopy) followed by glutamate release and activation of pre-synaptic NMDA receptors resulting in synaptic potentiation. In preparations lacking TNFa, astrocytes respond with identical [Ca2+]i elevations but fail to induce neuromodulation. I find that TNFa specifically controls the glutamate release step of gliotransmission. Addition of very low (picomolar) TNFa concentrations to preparations lacking the cytokine, promptly reconstitutes both normal exocytosis in cultured astrocytes and gliotransmission in hippocampal slices. These data provide the first demonstration that gliotransmission and its synaptic effects are controlled not only by astrocyte [Ca2+]i elevations but also by permissive/homeostatic factors like TNFa.In addition, I find that higher and presumably pathological TNFa concentrations do not act just permissively but instead become direct and potent triggers of glutamate release from astrocytes, leading to a strong enhancement of excitatory synaptic activity. The TNFa action, like the one observed upon P2Y1R activation, is mediated by pre-synaptic NMDA receptors, but in this case the effect is long-lasting, and not reversible. Moreover, I report that a necessary molecular target for this action of TNFa is TNFR1, one of the two specific receptors for the cytokine, as I found that TNFa was unable to induce synaptic potentiation when applied in slices from TNFR1 knock-out (Tnfrlv") mice. I then created a double transgenic mouse model where TNFR1 is knocked out in all cells but can be re-expressed selectively in astrocytes and I report that activation of the receptors in these cells is sufficient to reestablish TNFa-dependent long-lasting potentiation of synaptic activity in the TNFR1 knock-out mice.I therefore discovered that TNFa is a primary molecule displaying both permissive and instructive roles on gliotransmission controlling synaptic functions. These reports might have profound implications for the understanding of both physiological and pathological processes associated to TNFa production, including inflammatory processes in the brain.RÉSUMÉLes astrocytes sont les cellules les plus abondantes du cerveau humain. Outre leur rôle bien établi dans le support métabolique de l'activité neuronale, d'autres fonctions importantes, et parfois inattendues de ces cellules ont été mises en lumière au cours de ces dernières années. Les astrocytes entourent étroitement les synapses de leurs fins processus qui expriment fortement les transporteurs du glutamate et permettent ainsi aux astrocytes de jouer un rôle critique dans l'élimination du glutamate de la fente synaptique. Néanmoins, les astrocytes semblent être capables de jouer un rôle plus intégratif en modulant l'activité synaptique, notamment par la libération de transmetteurs (gliotransmetteurs). Le gliotransmetteur le plus étudié est le glutamate qui est libéré par l'exocytose régulée de petites vésicules ressemblant aux vésicules synaptiques (SLMVs) via un mécanisme dépendant du calcium.Les résultats présentés dans cette thèse permettent une avancée significative dans la compréhension du mode de communication de ces cellules et de leur implication dans la transmission de l'information synaptique dans l'hippocampe, notamment des synapses excitatrices des cellules granulaires du gyrus dentelé. J'ai pu montrer que le « facteur de nécrose tumorale alpha » (TNFa), une cytokine communément associée au système immunitaire, est aussi fondamentale pour la communication entre astrocyte et synapse. Lorsqu'un niveau constitutif très bas de TNFa est présent, l'activation des récepteurs purinergiques P2Y1 (des récepteurs couplés à protéine G) produit une augmentation locale de calcium (mesurée en microscopie bi-photonique) dans l'astrocyte. Cette dernière déclenche ensuite une libération de glutamate par les astrocytes conduisant à l'activation de récepteurs NMDA présynaptiques et à une augmentation de l'activité synaptique. En revanche, dans la souris TNFa knock-out cette modulation de l'activité synaptique par les astrocytes n'est pas bien qu'ils présentent toujours une excitabilité calcique normale. Nous avons démontré que le TNFa contrôle spécifiquement l'exocytose régulée des SLMVs astrocytaires en permettant la fusion synchrone de ces vésicules et la libération de glutamate à destination des récepteurs neuronaux. Ainsi, nous avons, pour la première fois, prouvé que la modulation de l'activité synaptique par l'astrocyte nécessite, pour fonctionner correctement, des facteurs « permissifs » comme le TNFa, agissant sur le mode de sécrétion du glutamate astrocytaire.J'ai pu, en outre, démontrer que le TNFa, à des concentrations plus élevées (celles que l'on peut observer lors de conditions pathologiques) provoque une très forte augmentation de l'activité synaptique, agissant non plus comme simple facteur permissif mais bien comme déclencheur de la gliotransmission. Le TNFa provoque 1'activation des récepteurs NMD A pré-synaptiques (comme dans le cas des P2Y1R) mais son effet est à long terme et irréversible. J'ai découvert que le TNFa active le récepteur TNFR1, un des deux récepteurs spécifiques pour le TNFa. Ainsi, l'application de cette cytokine sur une tranche de cerveau de souris TNFR1 knock-out ne produit aucune modification de l'activité synaptique. Pour vérifier l'implication des astrocytes dans ce processus, j'ai ensuite mis au point un modèle animal doublement transgénique qui exprime le TNFR1 uniquement dans les astrocytes. Ce dernier m'a permis de prouver que l'activation des récepteurs TNFR1 astrocytaires est suffisante pour induire une augmentation de l'activité synaptique de manière durable.Nous avons donc découvert que le TNFa possède un double rôle, à la fois un rôle permissif et actif, dans le contrôle de la gliotransmission et, par conséquent, dans la modulation de l'activité synaptique. Cette découverte peut potentiellement être d'une extrême importance pour la compréhension des mécanismes physiologiques et pathologiques associés à la production du TNFa, en particulier lors de conditions inflammatoires.RÉSUMÉ GRAND PUBLICLes astrocytes représentent la population la plus nombreuse de cellules dans le cerveau humain. On sait, néanmoins, très peu de choses sur leurs fonctions. Pendant très longtemps, les astrocytes ont uniquement été considérés comme la colle du cerveau, un substrat inerte permettant seulement de lier les cellules neuronales entre elles. Il n'y a que depuis peu que l'on a découvert de nouvelles implications de ces cellules dans le fonctionnement cérébral, comme, entre autres, une fonction de support métabolique de l'activité neuronale et un rôle dans la modulation de la neurotransmission. C'est ce dernier aspect qui fait l'objet de mon projet de thèse.Nous avons découvert que l'activité des synapses (régions qui permettent la communication d'un neurone à un autre) qui peut être potentialisée par la libération du glutamate par les astrocytes, ne peut l'être que dans des conditions astrocytaires très particulières. Nous avons, en particulier, identifié une molécule, le facteur de nécrose tumorale alpha (TNFa) qui joue un rôle critique dans cette libération de glutamate astrocytaire.Le TNFa est surtout connu pour son rôle dans le système immunitaire et le fait qu'il est massivement libéré lors de processus inflammatoires. Nous avons découvert qu'en concentration minime, correspondant à sa concentration basale, le TNFa peut néanmoins exercer un rôle indispensable en permettant la communication entre l'astrocyte et le neurone. Ce mode de fonctionnement est assez probablement représentatif d'un processus physiologique qui permet d'intégrer la communication astrocyte/neurone au fonctionnement général du cerveau. Par ailleurs, nous avons également démontré qu'en quantité plus importante, le TNFa change son mode de fonctionnement et agit comme un stimulateur direct de la libération de glutamate par l'astrocyte et induit une activation persistante de l'activité synaptique. Ce mode de fonctionnement est assez probablement représentatif d'un processus pathologique.Nous sommes également arrivés à ces conclusions grâce à la mise en place d'une nouvelle souche de souris doublement transgéniques dans lesquelles seuls les astrocytes (etnon les neurones ou les autres cellules cérébrales) sont capables d'être activés par le TNFa.

Contrôle biologique de la pourriture cendrée (Macrophomina phaseolina) du niébé par l’enrobage des semences avec Clonostachys rosea: Impact des conditions de conservation des semences traitées sur la performance du bioagent.

Dans les sols infestés avec Macrophomina phaseolina les semences de niébé ne germent pas ou bien la plantule est détruite plus ou moins rapidement après la germination. Clonostachys rosea est un champignon commun du sol reconnu comme un saprophyte avec une haute capacité de compétition sur les racines et dans le sol. Notre étude a pour objectif d’évaluer l’effet de C. rosea en traitement de semences du niébé conservées à 40°C sur le développement de la pourriture charbonneuse. L’effet de la durée de conservation sur la viabilité des spores et le pouvoir antagonique du bioagent a également été étudié dans les conditions semi contrôlé et au champ. Les isolats de C. rosea proviennent de la collection du laboratoire de phytopathologie de AGRHYMET. La production des spores a été effectuée sur le milieu PDA pendant 4 semaines. Les semences du niébé ont été traitées avec une suspension de spores à la concentration de 108 spores / ml à raison de 5 ml de suspension par kg de semences. Les semences traitées ont été séchées sous la hotte à flux laminaire pendant 2 h avant d’être semées ou conservées à 40°C. Des tests de viabilité des spores de C. rosea sur le milieu de culture PDA ont été effectués au laboratoire tous les 15 jours de conservation. Le taux de germination des semences sur papier buvard, évalué au cinquième jour après semis au laboratoire a été de 99 %. La forte moyenne de spores viables au jour de l’enrobage (J0) (>4,5 105), a chuté à 1700 spores par graines après 75 jours de conservation. En serre, le niveau de colonisation des tissus des plants de niébé se développant sur le sol infesté a été significativement plus faible chez les plants issus de graines enrobées (1009 microsclérotes/g tissus) que chez ceux issus de graines non enrobées (2356 microsclérotes/g tissus). Par rapport a la sévérité de la maladie, exprimée sur une échelle de 1-5, ont été notées une forte infection des plants du témoin Macrophomina (graines non traitées semées dans un sol infesté) et des attaques moins sévères sur les traitements G3M et G4M (graines traitées semées dans un sol infesté). Au champ dans l’essai semé avec des graines enrobées mais non conservées, l’association des isolats G3 et G4 a été nettement supérieure aux autres traitements par rapport aux rendements en fane et en graines. Par contre, par rapport au rendement, aucun effet des traitements n’a été observé dans l’essai semé avec les graines conservées pendant 30 jours.

Contrôle glycémique du diabète de type 2: intensif ou classique ?: revue Cochrane pour le praticien

Cet article présente les résultats de la revue systématique: Hemmingsen B, Lund SS, Gluud C, Vaag A, Almdal T, Hemmingsen C, Wetterslev J. Targeting intensive glycaemic control versus targeting conventional glycaemic control for type 2 diabetes mellitus. Cochrane Database of Systematic Reviews 2011 Jun 15;(6):CD008143. DOI: 10.1002/14651858.CD008143.pub2. PMID: 21678374.

Rôle endocrine de la neurotensine dans le contrôle de l'homéostasie glucidique. [Role of neurotensin in endocrine control of glucose homeostasis.]

Introduction : La sécrétion d'insuline est régulée par le glucose et également pardes hormones peptidiques libérées par le tractus digestif, comme la neurotensine(NT). La NT est un neuropeptide, sécrété notamment par les cellules N dela paroi de l'estomac, qui exerce des fonctions régulatrices complexes dans lesystème digestif. Notre laboratoire a récemment démontré que les cellulesendocrines du pancréas (les îlots de Langherans) expriment les trois récepteursconnus de la NT. Nous avons montré que la NT module la survie de la cellulebêta pancréatique (Coppola et al. 2008). Cette fonction met en jeu deux desrécepteurs de la NT, le NTSR2 et le NTSR3 qui forment, après stimulation parla NT, un complexe protéique régulateur de la survie des cellules (Béraud-Dufour et al. 2009) et également de la sécrétion d'insuline (Béraud-Dufour et al.2010).Matériels et méthodes : La caractérisation pharmacologique de l'effet NT sur lasécrétion d'insuline a été faite à l'aide de ligands spécifiques (agonistes ou antagonistes),dans des expériences d'imagerie calciques et d'exocytose. Nous avonsmesuré l'acivation des PKC par imagerie en temps réel. Afin de déterminer lerôle de la NT dans la physiologie générale nous avons utilisé des modèles in vitro(lignées de cellules INS-1E) et in vivo (souris invalidées NTSR1 et NTSR2).Résultats : Nous avons montré que les récepteurs NTSR2 et NTSR3 interviennentdans la modulation de la sécrétion d'insuline en fonction des conditionsphysiologiques : 1) la NT stimule la sécrétion dans des conditions basales deglucose. 2) elle inhibe la sécrétion dans des situations d'hyperglycémie. La NTmobilise plusieurs activités protéines kinases C (PKC) nécessaires à son rôlephysiologique (Béraud-Dufour et al. 2010).Par ailleurs, sur les modèles murins l'étude du métabolisme de souris transgéniquesinvalidées pour les gènes des NTSR1 et NTSR2 a permis de mettre en évidencel'implication de la NT dans la régulation de l'homéostasie du glucose. Invivo, nous avons observé que l'injection intra péritonéale de NT diminue la glycémieet que cet effet nécessite la présence du NTSR1. Nous avons observé quel'invalidation du gène du NTSR1 affecte la réponse des souris lors des tests detolérance au glucose et à l'insulineConclusion : Les résultats obtenus dans cette étude prouvent que le bon fonctionnementdu système neurotensinergique est nécessaire au maintien d'uneglycémie stable. La dérégulation de ce système pourrait être l'un des facteursimpliqué dans la survenue et/ou l'aggravation d'un diabète de type 2.

Contrôle de qualité en urologie [Quality assessment in urology].

Quality control (QuaCo) in urology is mandatory to standardize or even increase the level of care. While QuaCo is undertaken at every step in the clinical pathway, it should focus on the patient's comorbidities and on the urologist and its complication rate. Resulting from political and economical pressures, comparing QuaCo and outcomes between urologists and institutions is nowadays often performed. However, careful interpretation of these comparisons is mandatory to avoid potential discriminations. Indeed, the reader has to make sure that patients groups and surgical techniques are comparable, definitions of complications are similar, classification of complications is standardized, and finally that the methodology in collecting data is irreproachable.

Traitement mini-invasif sous contrôle scanner et fluoroscopique de la lyse isthmique vertébrale : une nouvelle technique.

Objectifs: Evaluer la faisabilité, les résultats préliminaires à court et long terme du vissage percutané de vissage trans -isthmique sous anesthésie locale et contrôle scannerdes lyses isthmiques de bas grades.Matériels et méthodes: Etude prospective monocentrique réalisée sur 10 patients ayant une lyse isthmique grade 1 et 2 résistant au traitement médical conventionnel. Une évaluationclinique était réalisée à un mois, 3 mois, 6 mois et un an post-opératoire par un évaluateur indépendant. L'indication est posée en concertation avec le service dechirurgie orthopédique.Résultats: Les lyses isthmiques étaient situées en L5-S1 avec 6 grades 1 et 4 grades 2. L'échelle analogique de la douleur (VAS) variait de 6 a 9 avec une moyenne de 7,8.L'indication opératoire chirurgicale était posée pour tous les patients par arthrodèse postérieure lombo -sacree. Pour chaque patient 2 vis étaient positionnées soitun total de 20 vis. Un suivi clinique était réalisé de 28 a 36 mois. L'EVA et ODI diminuaient de 7,8 +/- 1,7 à 1,9 +/- 1,2 et de 62,3 +/- 17,2 à 15,1 +/- 6,0respectivement. L'ensemble des résultats était stable dans le temps en particulier à long terme.Conclusion: La fixation précise de la lyse isthmique améliore la symptomatologie et probablement évite un glissement vertébral plus important , un suivi à plus long terme surune serie de patients plus importante devrait confirmer cette hypothèse.

In vitro activity of gentamicin-loaded bioabsorbable beads against different microorganisms

Grâce à la prophylaxie antibiotique per-opératoire, à l'amélioration des techniques chirurgicales et au flux laminaire dans les blocs opératoires le taux d'infections postopératoires a pu être diminué dans les interventions chirurgicales orthopédiques. Il stagne néanmoins à environ 0,5- 2% dans les fractures fermées ainsi que dans les interventions orthopédiques électives, et peut monter jusqu'à 30% dans les fractures ouvertes stade III. L'ostéomyelite et la pseudarthrose infectée, qui peuvent en découler, sont responsables de séjours hospitaliers prolongés, engendrent des coûts de traitement élevés, et conduisent souvent à une morbidité substantielle. Le traitement de l'ostéomyelite combine le débridement chirurgical et l'administration d'antibiotiques. Cependant l'administration systémique d'antibiotiques à hautes doses est problématique en raison de leur toxicité systémique et de leur faible pénétration dans les tissus ischémiques et nécrotiques, souvent présents dans l'ostéomyelite. Pour ces raisons, le traitement standard actuel consiste, après débridement chirurgical, en la mise en place de billes de Polyrnéthylmétacrylate (PMMA) imprégnées d'antibiotique, qui fournissent des concentrations locales élevées mais systémiques basses. Malheureusement, ces billes doivent être enlevées une fois l'infection guérie, ce qui nécessite une nouvelle intervention chirurgicale. Des systèmes de libération antibiotique alternatifs devraient non seulement guérir l'infection osseuse, mais également encourager activement la consolidation osseuse et ne pas nécessiter de nouvelle chirurgie pour leur ablation. Nous avons investigué l'activité de billes résorbables chargées en gentamicine contre différents microorganismes (Staphylococcus epidermidis, Staphylococcus aureus, Escherichia coli, Enterococcus faecalis, Candida albicans), des germes communément responsables d'infections osseuses, par microcalorimétrie, une méthode novice basée sur la mesure de la chaleur produite par des microorganismes qui se répliquent dans une culture. Des billes composées essentiellement de sulfate de calcium et chargées en gentamicine ont été incubées dans des ampoules microcalorimétriques contenant différentes concentrations du germe correspondant. Les bouillons de culture avec chaque germe et billes non-chargées ont été utilisés comme contrôle positif, le bouillon de culture avec bille chargée mais sans germe comme contrôle négatif. La production de chaleur provenant de la croissance bactérienne à 37°C a été mesurée pendant 24 heures. Les cultures ne contenant pas de billes chargées en gentamicine ont. produit des pics de chaleur équivalents à la croissance exponentielle du microorganisme correspondant en milieu riche. Par contre, les germes susceptibles à la gentamicine incubés avec les billes chargées ont complètement supprimé leur production de chaleur pendant 24 heures, démontrant ainsi l'activité antibiotique des billes chargées en gentamicine contre ces germes. Les billes résorbables chargées en gentamicine inhibent donc de façon effective la croissance des germes susceptibles sous les conditions in vitro décrites. Des études sur animaux sont maintenant nécessaires pour déterminer la cinétique d'élution et l'effet antimicrobien de la gentamicine sous conditions in vivo. Finalement des études cliniques devront démontrer que l'utilisation de ces billes est effectivement une bonne option thérapeutique dans le traitement des infections osseuses.