Academic literature on the topic 'Bulbe olfactif – Modèles animaux'

Le système olfactif conserve une remarquable capacité à renouveler certaines de ses populations cellulaires tout au long de la vie animale. Les progeniteurs des neurones sensoriels de l'épithélium olfactif sont produits localement, tandis que les précurseurs neuronaux qui donnent naissance aux intemeurones du bulbe olfactif (BO) sont générés dans la zone sous-ventriculaire et doivent migrer une longue distance avant d'atteindre le BO. Dans le BO adulte, ces précurseurs neuronaux se différencient en types neuronaux distincts, incluant les cellules GABAergiques situées dans la couche granulaire et divers groupes de neurones dans la couche glomérulaire, incluant des intemeurones GABAergiques et dopaminergiques, en plus d'autres sous types neuronaux exprimant la calrétinine et la calbindine. Bien que le rôle de l'activité sensorielle dans l'intégration et/ou la survie des cellules nouvellement générées dans le système olfactif soit bien établi, très peu est connu à propos de comment l'activité induite par des odeurs affecte la spécification du phénotype des cellules nouvellement générées, ou le maintient de celui-ci dans les populations neuronales générées chez l'adulte déjà existantes. Pour investiguer la possibilité que l'activité sensorielle puisse jouer un rôle dans ces processus, nous avons effectué une occlusion nasale unilatérale sur des souris adultes avant et après l'intégration de cellules nouvellement générées dans le réseau fonctionnel. Nous démontrons que la privation sensorielle diminue non seulement le nombre de cellules nouvellement générées dans le BO, mais réduit aussi la densité des cellules granulaires et périglomérulaires générées avant l'occlusion nasale. Nous montrons aussi que l'activité sensorielle joue un rôle important dans l' acquisition et le maintient du phénotype dopaminergique, mais pas pour les phénotypes GABAergique, calrétinine+ ou calbindine+. Nos données révèlent que l'activité induite par les odeurs est importante pour la survie des intemeurones bulbaires nouveau-nés ou déjà existants générés à l'âge adulte et suggèrent que ces populations chémospécifiques sont différemment affectées par la privation sensorielle.

Les cellules periglomerulaires du bulbe olfactif conforment une population hétérogène avec des propriétés moléculaires, synaptiques, morphologiques et biophysiques diverses toujours étudiés de façon indépendante. Toutefois, cette diversité suggère que des groupes différents des cellules periglomerulaires pourraient avoir des rôles différents. Dans la première partie de ma thèse je cherche à associer, pour la première fois, différents marqueurs de la diversité des neurones periglomerulaires de façon à aider à comprendre les potentielles implications fonctionnelles que les cellules periglomerulaires pourraient avoir dans le traitement de l’information olfactive. Les cellules periglomerulaires reçoivent des courants inhibiteurs postsynaptiques mais les circuits responsables de cette inhibition restent méconnus. À l’aide des enregistrements électrophysiologiques dans des tranches aiguës horizontales de bulbe olfactif de souris et des techniques d’optogénétique je montre que des projections centrifuges GABAergiques en provenance du télencéphale basal modulent fortement l’inhibition des cellules periglomerulaires de type 2 ainsi que des cellules granulaires et des cellules à axone courtes
In the olfactory bulb periglomerular cells form a heterogeneous population with diverse molecular, synaptic, morphological and biophysical properties that have always been considered independently and never explored together. However, such diversity suggests different functional implications. On the first part of this thesis, I aim to associate, for the first time, different markers of periglomerular diversity together to put in perspective the functional implications that differebt subgroups of these cells could exert in odor processing. Periglomerular cells receive inhibitory postsynaptic currents but the circuits mediating this inhibition remain poorly understood. Using a combination of patch-clamp recordings in mouse horizontal olfactory bulb slices and optogenetics I demonstrate that centrifugal GABAergic projections from the basal forebrain strongly mediate inhibition of type 2 periglomerular cells but also granule cells and deep short axon cells

Pour etudier le codage spatial de l'information olfactive dans le bulbe olfactif chez le rongeur, deux approches methodologiques ont ete envisagees: morphometrique et autoradiographique. La premiere a consiste a etudier les variations de taille et de nombre des glomerules olfactifs lors de privations sensorielles soit totale (par fermeture de la narine) soit partielle (par stimulation olfactive de longue duree) durant la periode de maturation post-natale. L'analyse morphometrique, a partir de coupes seriees, a necessite l'utilisation de methodes stereologiques tels les algorithmes de reconstitution de type wicksell. Les resultats montrent une plasticite du systeme olfactif (en taille et en nombre de glomerules) dependante des conditions olfactives environnementales durant l'ontogenese. La deuxieme approche a consiste a etudier le metabolisme energetique de la couche glomerulaire, laquelle se presente comme l'enveloppe d'un ellipsoide. A l'aide des techniques d'analyse d'images, il est possible, en effet, d'etudier l'activite de cette enveloppe glomerulaire deroulee, plane, revelee sur des films autoradiographiques, et de comparer, d'un point de vue statistique, les zones plus ou moins marquees en fonction des odeurs et animaux consideres. Les resultats montrent que les patterns d'activation sont specifiques de l'odeur, reproductibles et symetriques entre les deux bulbes, droit et gauche. Cette methode d'analyse des patterns d'activation glomerulaire a ete appliquee ensuite a l'etude de l'anosmie specifique a l'acide isovalerique chez la souris c57bl/6j

Cette thèse étudie l'encodage de l'information sensorielle par les cellules relais du bulbe olfactif avec une approche associant analyse de données expérimentales et modélisation informatique. Le bulbe olfactif est principalement constitué de neurones excitateurs, dits cellules mitrales, interconnectés via des inter-neurones inhibiteurs, dits cellules granulaires.

Dans un premier temps, l'analyse de données expérimentales recueillies en condition in vitro dans des tranches de bulbe olfactif de rats révèle le caractère phasé des potentiels d'action des cellules mitrales relativement aux oscillations du potentiel de champ local. Ce phasage est largement atténué lorsque l'on bloque pharmacologiquement l'inhibition provenant des granules, mettant ainsi en évidence le rôle primordial de l'inhibition synaptique. Afin d'extraire le décours temporel de la conductance synaptique inhibitrice, nous proposons une nouvelle méthode basée sur l'ajustement d'un modèle de neurone associé à l'injection de bloqueurs synaptiques. Grâce à celle-ci, nous observons que les fluctuations de la conductance synaptique inhibitrice sont corrélées à celles mesurées sur le potentiel de champ local. Une relation entre l'inhibition reçue et la phase des potentiels d'action est également dévoilée. Un neurone aura plus de chance d'émettre en phase s'il reçoit un nombre important d'événements synaptiques inhibiteurs et si ces événements sont eux-même phasés.

Dans un deuxième temps, les résultats de cette analyse sont rassemblés au sein d'un modèle informatique de bulbe olfactif afin d'explorer les capacités de codage de l'interaction mitrale-granule. Après avoir montré que le transfert d'information des cellules mitrales semble plus résider dans leurs instants précis d'émission de potentiels d'action au cours des oscillations que dans leurs fréquences de décharges, nous étudions analytiquement l'influence du nombre d'événements synaptiques inhibiteurs reçus et de leur dispersion temporelle sur la précision de l'activité des cellules mitrales. Notre étude conclut que la robustesse du code produit par les cellules mitrales lors des oscillations du réseau est conditionnée par une forte interaction synaptique entre les cellules mitrales et les cellules granulaires. En dernier lieu, nous appliquons notre modèle de bulbe olfactif pour reconnaître des odeurs à l'aide d'une matrice de capteurs de gaz artificiels.

Une dysfonction olfactive et une altération de la neurogenèse sont observées dans plusieurs maladies neurodégénératives, y compris la maladie de Huntington (MH). Ce déficit est un symptôme précoce de la MH et est en corrélation avec le déclin de la performance cognitive globale, la dépression et la dégénérescence des régions olfactives dans le cerveau. La dysfonction olfactive dans les maladies neurodégénératives est souvent accompagnée par des anomalies structurelles de l’épithélium olfactif, du bulbe olfactif (BO) et du cortex olfactif chez l’humain. En dépit de preuves claires démontrant la dysfonction olfactive chez les patients de la MH l'information disponible est limitée dans des modèles murins et les mécanismes sous-jacents ne sont pas connus. Une diminution du volume et du compte neuronale dans le PC est observée dans les souris YAC128 vs le type sauvage (WT) âgée (12 mois). Nous avons également examiné les comportements lors d'exposition à des odeurs sociales et non sociales chez des souris en utilisant le test habituation. Une habituation aux odeurs tend à être observé dans les souris YAC128 de 1 mois vs WT se traduisant par une tendance de l’augmentation de la durée d’exploration des YAC128 vs WT lors de leurs 2e et 3e expositions à une odeur. Dans les couches glomérulaire et plexiforme externe, l’intensité réciproque du marquage de TH et de GFAP, marqueur de cellules gliales présente une tendance pour une augmentation dans les YAC128 comparativement au WT. Une tendance pour une diminution de Iba-1, marqueur de neuroinflammation, a aussi été observé dans la couche granulaire du BO de YAC128 âgée vs WT. Malgré une diminution de l’expression en ARNm de caspase-3 et -8, une augmentation de l'expression protéique de la proforme de caspase-8 et des formes actives de la caspase-8, -6 et -9 a été observés au stade présymptomatique dans des BO de YAC128 vs WT. De façon similaire aux YAC128, une atrophie du BO à 6 mois est remarqué dans le modèle de rat BACHD (lignées TG5 et TG9). Globalement, un niveau d’expression de la protéine huntington mutante (httm) est plus élevé dans les TG5. L’expression protéique dans les BO de la proforme des caspase-3, -6 et -8 sont supérieurs dans les TG9 lorsque comparés au TG5 et au WT. L’identification de marqueurs précoces pour la MH contribuera aux approches thérapeutiques et permettra de clarifier l'utilité des tests de la fonction olfactive dans les individus à risques de la MH.

La cécité précoce induit des changements comportementaux souvent accompagnés par des changements fonctionnels et neuroanatomiques au niveau du cerveau. Alors que les modifications dans les modalités tactiles et auditives ont été largement étudiées, les changements touchant l’olfaction et la douleur chez les aveugles sont restés moins explorés. Chez l’humain aveugle précoce, certaines études ont rapporté une amélioration de la fonction olfactive alors que d’autres n’ont pas réussi à démontrer de tels effets. Chez l’humain, des études récentes ont mis en évidence une hypersensibilité à la douleur aiguë chez les aveugles précoces. Cependant, les mécanismes sous-jacents sont restés inconnus. Afin d’étudier les changements olfactifs et nociceptifs induits par la cécité précoce ainsi que la plasticité fonctionnelle et neuroanatomique qui les accompagne, nous avons développé un modèle de souris de cécité précoce appelé ZRDBA. Dans cette souche, en croisant un parent homozygote pour le gène Rax/Rx (gène responsable de l’anophtalmie) avec un parent hétérozygote, dans une même portée la moitié des souris naissent anophtalmes alors que l’autre moitié a une vue normale. Cette souche nous permet d’examiner les modifications comportementales et cérébrales induites par la cécité chez deux groupes de souris ayant la même base génétique. Le premier objectif de cette thèse était d’évaluer les changements comportementaux olfactifs induits par la cécité chez les souris ZRDBA et d’examiner si ces changements sont accompagnés de plasticité anatomique dans les régions cérébrales impliquées dans le traitement olfactif. Trois tests comportementaux ont été menés : le test de recherche de nourriture, le test du seuil olfactif et le test de performance olfactive. Les résultats ont révélé des meilleures performances olfactives chez les aveugles dans le test de recherche de nourriture ainsi que dans le test de performance olfactive, mais pas dans le test du seuil olfactif. Ces résultats indiquent une amélioration de la discrimination et identification des odeurs chez les souris aveugles. La plasticité cérébrale dans les structures olfactives a été examinée par des analyses histologiques et analyses IRM. Les résultats des mesures histologiques ont révélé une augmentation du volume des bulbes olfactifs, premier relais de traitement des informations olfactives, chez les souris aveugles. Les analyses IRM ont révélé une augmentation du volume dans les couches granulaires et glomérulaires des bulbes olfactifs ainsi que dans d’autres régions impliquées dans ii le traitement olfactif, notamment, le cortex orbitofrontal et le cortex piriforme. Ces résultats suggèrent que l’amélioration de la fonction olfactive chez les souris aveugles peut être expliquée par la plasticité anatomique mise en évidence dans les structures olfactives. Le deuxiéme objectif de cette thèse était d’évaluer la sensibilité à la douleur chez les souris aveugles ZRDBA. Quatre tests nociceptifs ont été réalisés : le test de formaline (sensibilité chimique), le test de Von Frey (sensibilité mécanique), le test d’acétone (sensibilité au froid) et le test de tail-flick dans l’eau (sensibilité au chaud). Les souris aveugles, lorsque comparées à leurs congénères voyantes, ont montré une hypersensibilité à la douleur dans tous les tests. Afin d’examiner les mécanismes sous-jacents de cette hypersensibilité, nous avons investigué par le biais d’analyses immunohistologiques la plasticité fonctionnelle et anatomique dans l’amygdale, structure clé pour la modulation et traitement de la douleur. Les résultats ont montré une augmentation de l’activité c-fos induite par l’injection de la formaline dans le noyau central de l’amygdale et dans toute l’amygdale chez les souris aveugles. Les analyses histologiques ont également montré une augmentation du volume de l’amygdale chez les souris aveugles. Ces résultats suggèrent la contribution de l’amygdale dans l’hypersensibilité à la douleur mise en évidence chez les souris aveugles. Finalement, dans la troisième partie de cette thèse, nous avons voulu investiguer l’impact de la cécité sur la plasticité dans l’ensemble du cerveau à l’aide d’analyses IRM et d’analyses histologiques. Les résultats de cette étude ont révélé une atrophie de la plupart des structures visuelles, notamment, le corps géniculé latéral, le cortex visuel primaire, le cortex visuel secondaire ainsi que les collicules supérieurs. En outre, les analyses histologiques ont révélé une atrophie de la couche IV dans le cortex visuel primaire et dans le cortex visuel secondaire ainsi qu’une atrophie des couches visuelles superficielles des collicules supérieurs chez les souris aveugles expliquant la réduction du volume observée dans ces régions. Dans les autres structures non visuelles, les analyses ont révélé une augmentation du volume dans l’amygdale, impliquée dans la douleur ainsi que dans plusieurs régions olfactives comme les bulbes olfactifs, le cortex piriforme et le cortex orbitofronal chez les souris aveugles. Ces résultats permettent de faire le parallèle avec les études réalisées chez l’humain et ouvrent la porte pour plus d’investigations des mécanismes sous-jacents de la plasticité cérébrale observée chez les aveugles.
Early blindness induces behavioral changes often accompanied by functional and neuroanatomical changes in the brain. While changes in tactile and hearing modalities have been largely investigated, changes in olfaction and pain in the blind remained less explored. While some studies reported an improvement in olfactory function in early blind humans, others failed to demonstrate such effects. In addition, recent studies evidenced hypersensitivity to acute pain in early blind humans. However, the underlying mechanisms remained unknown. In order to study changes induced by early blindness in olfactory function and as well as the underlying functional and neuroanatomical plasticity, we developed a mouse model of early blindness called ZRDBA. In the unique ZRDBA strain, half of the mice homozygous for the Rax / Rx gene (gene responsible for anophthalmia) are born anophthalmic while the other half heterozygous are born sighted. This ZRDBA mice allow investigation of the behavioral and cerebral changes impacts of early blindness without worrying about strain differences. The first aim of this thesis was to assess olfactory changes induced by blindness in ZRDBA mice and examine whether these changes are accompanied by anatomical plasticity in brain regions involved in olfactory processing. Three behavioral tests were conducted: the buried food test, the odor detection threshold test (sensitivity measure) and the olfactory performance test (three-odor discrimination measure). The results revealed better olfactory performance of blind mice the buried food test as well as in the olfactory performance test but not in the olfactory threshold test. These results indicate an improvement in olfactory discrimination and identification in blind mice. Brain plasticity in olfactory structures was examined by histological and MRI analyses. The results of the histological measurements revealed a larger volume of the olfactory bulbs, the first site for processing olfactory information, in blind mice. MRI analysis revealed a larger volume in the granular and glomerular layers of the olfactory bulbs as well as in other regions involved in olfactory processing, namely, the orbitofrontal cortex and the piriform cortex. These results suggest that plasticity in the olfactory structures may explain the improved olfactory function in blind mice. The second aim of this thesis was to assess pain sensitivity in the blind ZRDBA mice. Four nociceptive tests were carried out: the formalin test (chemical sensitivity), the Von Frey iv test (mechanical sensitivity), the acetone test (cold sensitivity) and the water tail-flick test (hot pain sensitivity). Blind mice showed hypersensitivity to pain in all tests. In order to examine the underlying mechanisms of this pain hypersensitivity, we investigated the functional and anatomical plasticity in the amygdala, a key structure for the modulation and treatment of pain using immunohistological analyses. The results revealed an increase of c-Fos activity induced by the injection of formalin in the central nucleus of the amygdala as well as the whole amygdaloid complex in blind mice. Histological measurement also revealed a larger volume of the amygdala in blind mice. These results suggest the contribution of the amygdala in pain hypersensitivity evidenced in blind mice. Finally, in the third part of this thesis, we wanted to investigate the impact of blindness on anatomical plasticity in the whole brain using MRI and histological analyses. The results of this study revealed atrophy of most of the visual structures, in particular, the lateral geniculate nucleus, the primary visual cortex, the secondary visual cortex as well as the superior colliculi. Moreover, histological analyses revealed an atrophy of layer IV of the primary visual cortex and the secondary visual cortex as well as atrophy of the superficial visual layers of the superior colliculus in blind mice explaining the volumetric reduction observed in these regions. In the non-visual structures, analyses revealed a larger volume in the amygdala, as well as in several olfactory structures such as the olfactory bulbs, the piriform cortex and the orbitofronal cortex in blind mice. These results clarify the impact of early blindness on brain plasticity and opens the door for further investigation of its underlying mechanisms.