Academic literature on the topic 'Épilepsie – Modèles animaux'

La ligne directrice de nos expériences a été l'hypothèse que l'apparition et/ou la persistance des fluctuations de longue durée entre les états silencieux et actifs dans les réseaux néocorticaux et une excitabilité neuronale modifiée sont les facteurs principaux de l'épileptogenèse, menant aux crises d’épilepsie avec expression comportementale. Nous avons testé cette hypothèse dans deux modèles expérimentaux différents. La déafférentation corticale chronique a essayé de répliquer la déafférentation physiologique du neocortex observée pendant le sommeil à ondes lentes. Dans ces conditions, caractérisées par une diminution de la pression synaptique et par une incidence augmentée de périodes silencieuses dans le système cortico-thalamique, le processus de plasticité homéostatique augmente l’excitabilité neuronale. Par conséquent, le cortex a oscillé entre des périodes actives et silencieuses et, également, a développé des activités hyper-synchrones, s'étendant de l’hyperexcitabilité cellulaire à l'épileptogenèse focale et à des crises épileptiques généralisées. Le modèle de stimulation sous-liminale chronique (« kindling ») du cortex cérébral a été employé afin d'imposer au réseau cortical une charge synaptique supérieure à celle existante pendant les états actifs naturels - état de veille ou sommeil paradoxal (REM). Dans ces conditions un mécanisme différent de plasticité qui s’est exprimé dans le système thalamo-corticale a imposé pour des longues périodes de temps des oscillations continuelles entre les époques actives et silencieuses, que nous avons appelées des activités paroxysmiques persistantes. Indépendamment du mécanisme sous-jacent de l'épileptogenèse les crises d’épilepsie ont montré certaines caractéristiques similaires : une altération dans l’excitabilité neuronale mise en évidence par une incidence accrue des décharges neuronales de type bouffée, une tendance constante vers la généralisation, une propagation de plus en plus rapide, une synchronie augmentée au cours du temps, et une modulation par les états de vigilance (facilitation pendant le sommeil à ondes lentes et barrage pendant le sommeil REM). Les états silencieux, hyper-polarisés, de neurones corticaux favorisent l'apparition des bouffées de potentiels d’action en réponse aux événements synaptiques, et l'influence post-synaptique d'une bouffée de potentiels d’action est beaucoup plus importante par rapport à l’impacte d’un seul potentiel d’action. Nous avons également apporté des évidences que les neurones néocorticaux de type FRB sont capables à répondre avec des bouffées de potentiels d’action pendant les phases hyper-polarisées de l'oscillation lente, propriété qui peut jouer un rôle très important dans l’analyse de l’information dans le cerveau normal et dans l'épileptogenèse. Finalement, nous avons rapporté un troisième mécanisme de plasticité dans les réseaux corticaux après les crises d’épilepsie - une diminution d’amplitude des potentiels post-synaptiques excitatrices évoquées par la stimulation corticale après les crises - qui peut être un des facteurs responsables des déficits comportementaux observés chez les patients épileptiques. Nous concluons que la transition incessante entre des états actifs et silencieux dans les circuits cortico-thalamiques induits par disfacilitation (sommeil à ondes lentes), déafférentation corticale (épisodes ictales à 4-Hz) ou par une stimulation sous-liminale chronique (activités paroxysmiques persistantes) crée des circonstances favorables pour le développement de l'épileptogenèse. En plus, l'augmentation de l’incidence des bouffées de potentiels d’actions induisant une excitation post-synaptique anormalement forte, change l'équilibre entre l'excitation et l'inhibition vers une supra-excitation menant a l’apparition des crises d’épilepsie.<br>The guiding line in our experiments was the hypothesis that the occurrence and / or the persistence of long-lasting fluctuations between silent and active states in the neocortical networks, together with a modified neuronal excitability are the key factors of epileptogenesis, leading to behavioral seizures. We addressed this hypothesis in two different experimental models. The chronic cortical deafferentation replicated the physiological deafferentation of the neocortex observed during slow-wave sleep (SWS). Under these conditions of decreased synaptic input and increased incidence of silent periods in the corticothalamic system the process of homeostatic plasticity up-regulated cortical cellular and network mechanisms and leaded to an increased excitability. Therefore, the deafferented cortex was able to oscillate between active and silent epochs for long periods of time and, furthermore, to develop highly synchronized activities, ranging from cellular hyperexcitability to focal epileptogenesis and generalized seizures. The kindling model was used in order to impose to the cortical network a synaptic drive superior to the one naturally occurring during the active states - wake or rapid eye movements (REM) sleep. Under these conditions a different plasticity mechanism occurring in the thalamo-cortical system imposed long-lasting oscillatory pattern between active and silent epochs, which we called outlasting activities. Independently of the mechanism of epileptogenesis seizures showed some analogous characteristics: alteration of the neuronal firing pattern with increased bursts probability, a constant tendency toward generalization, faster propagation and increased synchrony over the time, and modulation by the state of vigilance (overt during SWS and completely abolished during REM sleep). Silent, hyperpolarized, states of cortical neurons favor the induction of burst firing in response to depolarizing inputs, and the postsynaptic influence of a burst is much stronger as compared to a single spike. Furthermore, we brought evidences that a particular type of neocortical neurons - fast rhythmic bursting (FRB) class - is capable to consistently respond with bursts during the hyperpolarized phase of the slow oscillation, fact that may play a very important role in both normal brain processing and in epileptogenesis. Finally, we reported a third plastic mechanism in the cortical network following seizures - a decreasing amplitude of cortically evoked excitatory post-synaptic potentials (EPSP) following seizures - which may be one of the factors responsible for the behavioral deficits observed in patients with epilepsy. We conclude that incessant transitions between active and silent states in cortico-thalamic circuits induced either by disfacilitation (sleep), cortical deafferentation (4-Hz ictal episodes) and by kindling (outlasting activities) create favorable circumstances for epileptogenesis. The increase in burst-firing, which further induce abnormally strong postsynaptic excitation, shifts the balance of excitation and inhibition toward overexcitation leading to the onset of seizures.

L'épilepsie mésiale du lobe temporal (EmLT) se caractérise par la survenue de crises partielles complexes qui prennent naissance dans les structures mésiotemporales. La plupart des patients atteints d'EmLT ont vécu une agression initiale pendant l'enfance (crises fébriles complexes prolongées, état de mal (EdM), traumatisme crânien, encéphalopathie). L'EmLT se caractérise par des dommages cellulaires dans les structures mésiotemporales, en une sclérose hippocampique. Le rôle de l'agression cérébrale initiale et des différentes structures mésiotemporales dans la mise en place de la circuiterie épileptique n'est pas clairement élucidé. Le modèle lithium-pilocarpine chez le rat reproduit les principales caractéristiques comportementales et neuropathologiques de l'EmLT humaine. Suite à l'injection du lithium et de la pilocarpine, les rats développent un EdM, suivi d'une phase de latence avant l'apparition de crises récurrentes spontanées. Les conséquences de l'EdM sont dépendantes de l'âge. Lorsque l'état de mal est induit à l'âge adulte, tous les rats deviennent épileptiques. Par contre, lors d'un état de mal induit chez les rats immatures, l'épilepsie n'est pas systématique et les dommages neuronaux sont plus limités que chez l'adulte. Dans ce travail, nous avons étudiés les processus neuropathologiques induit par un état de mal afin de comprendre l'implication de l'hippocampe et des cortex temporaux dans la constitution de la circuiterie épileptique. Nous avons mis en évidence une atteinte cellulaire précoce des cortex piriforme et entorhinal uniquement chez les rats devenant épileptiques. Cette observation montre le rôle critique et initiateur de ces cortex dans l'épileptogenèse. Par contre, la sclérose de l'hippocampe apparaît secondairement et progressivement au cours de l'épileptogenèse. Elle pourrait être consécutive aux lésions corticales et intervenir à la fois comme cause et conséquence des crises. Les modifications vasculaires et métaboliques consécutives à l'état de mal montrent que les nécroses cellulaires observées dans ce modèle n'ont pas d'origine vasogénique majeure mais semblent plutôt liés à une hyperactivité neuronale. Par contre, un dysfonctionnement métabolique pendant l'EdM pourrait participer à la souffrance cellulaire observée au niveau de ces régions. En effet, chez les rats adultes, l'expression génique du transporteur vasculaire et glial du lactate augmente fortement à la suite de l'EdM et pourraient entraîner des cascades excitotoxiques à l'origine des nécroses cellulaires contrairement aux rats immatures qui montrent une meilleure adaptation cérébrale de l'apport de leurs substrats métaboliques. Au vu de ces résultats, nous émettons l'hypothèse d'un rôle critique et précoce de la voie entorhino-hippocampique dans la propagation des activités épileptiformes. [. . . ]<br>Mesial temporal lobe epilepsy (mTLE) is characterized by the occurrence of complex partial seizures originating in the mesiotemporal regions. Retrospective studies have shown that most of the patients underwent an initial precipitating injury early during childhood (complex febrile seizures, status epilepticus (SE), head trauma, encephalopathy). The mELT syndrome is associated with neuronal damage in most of the mesiotemporal structures and with hippocampal sclerosis. The role of the initial precipitating injury and of the mesiotemporal structures in the establishment of the epileptic circuitry is still not fully elucidated. The lithium-pilocarpine model in the rat reproduces main of the behavioural and neuropathological features of human mTLE. After lithium and pilocarpine injection, rats develop a SE followed by a latent phase before the appearance of spontaneous epileptic seizures. Consequences of SE are age-dependent. When SE is induced at the adult age, all the rats become epileptic. In contrast, when it is induced in immature rats, epilepsy appears does not occur in all rats and neuronal damage is more moderate than in adult rats. In the present work, we studied the neuropathological processes consecutive to SE in order to deepen the understanding of the implication of hippocampus and piriform and entorhinal cortex in the establishment of epileptic circuitry. We have shown early cellular alterations in the piriform and entorhinal cortex only in rats that will become epileptic. This observation highlights an initiating and critical role of these cortices in epileptogenesis. Conversely, hippocampal sclerosis appears secondarily and progressively during the course of epileptogenesis. Hippocampal sclerosis could be established consequently to the cortical lesions and could be both the cause and consequence of seizures. Vascular and metabolic modifications after SE indicate that neuronal necrosis seen in this model does not have a major vasogenic origin but seems to be rather linked to neuronal hyperactivity. Nevertheless, metabolic dysfunction that occurs during SE could be implicated in the cellular suffering seen in these structures. [. . . ]

Ce travail a pour objet l'étude de la fonction de la protéine LGI1. Des mutations dans le gène LGI1 (leucine-rich, glioma-inactivated 1) sont responsables de l'épilepsie autosomique dominante avec crises à symptomatologie auditive (ADEAF), un syndrome épileptique familial qui est caractérisé par des symptômes auditifs et qui survient à l'adolescence ou chez le jeune adulte. Par ailleurs, des anticorps dirigés contre la protéine LGI1 ont été trouvés dans le liquide cérébro-spinal de patients présentant une encéphalite limbique autoimmune avec crises d'épilepsie, qui apparaît de façon aiguë chez l'adulte. La perte de fonction de LGI1, une protéine neuronale sécrétée, entraîne donc des crises chez l'Homme soit par haploinsuffisance (ADEAF) soit par un mécanisme autoimmun (encéphalite limbique). La littérature rapporte que LGI1 pourrait agir au niveau de la synapse glutamatergique et, durant le développement postnatal, sur la maturation des neurones glutamatergiques. Sa fonction est donc encore mal connue et controversée. Afin de mimer la perte de fonction de LGI1 chez l'animal, un modèle de souris knockout a auparavant été généré par l'équipe. Ces souris déficientes de façon constitutive pour le gène Lgi1 (Lgi1-/-) reproduisent en partie la pathologie humaine avec l'émergence de crises d'épilepsie spontanées. Dans la première partie de ce travail de thèse, nous avons généré et caractérisé le phénotype de souris knockout conditionnelles. Nous avons montré que la délétion de Lgi1 restreinte aux neurones glutamatergiques chez l'embryon ou chez l'adulte est suffisante pour provoquer des crises spontanées. Au contraire, la délétion de Lgi1 dans les interneurones GABAergiques à parvalbumine n'induit pas de changement du seuil d’apparition des crises. Ces résultats sont en faveur de l'hypothèse que la protéine Lgi1sécrétée par les neurones glutamatergiques a une contribution déterminante à laphysiopathologie des épilepsies liées à LGI1. Nous avons aussi démontré le rôle crucial decette protéine pour maintenir une excitabilité normale du développement à l'âge adulte.Dans la seconde partie, l'étude des souris Lgi1-/- constitutives a permis d'établir que la déficience en Lgi1 n'entraîne pas d'altérations de la morphologie des dendrites et dessynapses des neurones glutamatergiques. Par contre, elle conduit à une augmentation de latransmission synaptique glutamatergique due à une augmentation de la libération vésiculaire de glutamate dans la fente synaptique, suggérant un rôle présynaptique pourLgi1. Cet effet précède le début des crises et pourrait donc sous-tendre le phénotype épileptique.La poursuite de nos recherches consistera à préciser les mécanismes d'action présynaptique de LGI1. A plus long terme, l'identification récente de mutations du gène RELN dans l'ADEAF ouvrira de nouvelles voies de recherche, en particulier l'étude des interactions entre LGI1 et Reelin<br>Mutations in the gene LGI1 (leucine-rich, glioma-inactivated 1) have been reported in families with autosomal dominant epilepsy with auditory features (ADEAF). ADEAF is a well-defined inherited condition consisting of adolescence/early adulthood-onset lateral temporal seizures. Moreover, LGI1 antibodies are involved in autoimmune limbic encephalitis, an acquired epileptic disorder of adulthood associated with memory loss and confusion. LGI1 loss-of-function caused by haploinsufficiency (ADEAF) or by autoimmunity (limbic encephalitis) triggers seizures in Human. LGI1 is a secreted neuronal protein. Its function in the brain is still uncertain and controversial, but there is evidence that LGI1 acts at the glutamatergic synapses and in the maturation of glutamatergic neurons during postnatal development. To mimic LGI1 loss-of-function in animal, a knockout mouse model has been previously generated. Germline Lgi1-deficient mice (Lgi1-/-) recapitulate several features of the human disease with early-onset spontaneous seizures.During the first part of my thesis project, I generated Lgi1 conditional knockout mice and characterized their phenotype. Selective deletion of Lgi1 in glutamatergic neurons during embryogenesis or adulthood is sufficient to generate spontaneous seizures. In contrast, neither spontaneous seizures nor increased seizure susceptibility to convulsant were observed when Lgi1 deletion was restricted to parvalbumin-positive GABAergic interneurons. Together, these data suggested that Lgi1 secreted from excitatory neurons makes a major contribution to the pathogenesis of LGI1-related epilepsies. We also demonstrated that Lgi1 is required from embryogenesis to adulthood to maintain normal circuit excitability. During the second part, we showed, using germline Lgi1-/- mice, that Lgi1 deficiency does not alter the dendritic or synaptic morphology of glutamatergic neurons. However, it induces an increased synaptic release of glutamate that leads to an increased glutamatergic transmission. This effect suggests a presynaptic role for Lgi1. By preceding seizure onset, it may underlie the epileptic phenotype. Next step will be to precise how LGI1 acts at the presynaptic side. Also, the recent identification of mutations in the gene RELN in ADEAF will certainly open new avenue, especially LGI1 and Reelin interaction studies

L'étude de la pathophysiologie de l'épilepsie du lobe temporale (ELT) soulève diverses questions parmi lesquelles : (1) la sclérose de l'hippocampe est-elle la cause ou la conséquence de l'épilepsie ? (2) qu'est ce qui fait que suite à un épisode aigu, certaines personnes deviennent épileptiques et d'autres pas ? Pour y répondre, le modèle lithium-pilocarpine (li-pilo) d'ELT est approprié puisqu'il reproduit la plupart des caractéristiques cliniques et neuropathologiques de l'ELT humaine. De plus, les conséquences de l'état de mal induit par le li-pilo sont âge-dépendantes. Nous avons étudié, à l'aide de diverses techniques d'imagerie (imagerie par résonnance magnétique, autoradiographie et tomographie d'émission monophotonique), l'évolution des modifications pathologiques qui conduisent à l'épilepsie suite à l'état de mal induit par le li-pilo chez des rats adultes et chez des rats en développement. Nos résultats suggèrent que l'état de mal induit par le li-pilo va provoquer des modifications du métabolisme glucidique, de la perfusion cérébrale aussi bien que des modifications lésionnelles au niveau du thalamus et du cortex piriforme et entorhinal de manière très précoce. De plus, nous avons constaté que les modifications corticales étaient prédictives du devenir épileptique des rats. Elles sont dues principalement à un phénomène excitotoxique et vont jouer un rôle clé pour la mise en route de l'épileptogenèse. Le thalamus, également activé très tôt et de manière intense (suffisamment pour provoquer une rupture de barrière hémato-encéphalique), pourrait avoir un rôle de synchroniseur des activités épileptiques. La sclérose de l'hippocampe paraît secondaire aux lésions corticales et s'aggrave au cours du temps. L'hippocampe, même sclérosé, semble fortement activé pendant la phase d'épilepsie chronique montrant ainsi son appartenance au circuit épileptogène<br>The study of the physiopathology of temporal lobe epilepsy (TLE) is still debated. In fact, there is no clear response to questions like: (1) is hippocampal sclerosis the cause or the consequence of epilepsy? (2) why does only a part of the population develop epilepsy after an initial precipitating injury? The lithium-pilocarpine (li-pilo) model in the rat is a well-studied model of TLE which reproduces most clinical, and neuropathological features of human TLE. Moreover, the consequences of status epilepticus induced by li-pilo are age-dependent. We used various imaging techniques (magnetic resonance imaging, autoradiography and single-photon emission computed tomography) to study the evolution of pathological modifications that lead to epilepsy after status epilepticus induced by li-pilo in adult and developing rats. Our results suggest that status epilepticus induced by the li-pilo will cause modifications of metabolism, cerebral blood flow as well as very early damage in the thalamus and the piriform and entorhinal cortices. Furthermore, the cortical alterations are predictive of epileptic outcome. These alterations are mainly the result of an excitotoxic mechanism and characterize the initial step of epileptogenesis. The thalamus, which is also activated early and intensively (enough to provoke a blood-brain barrier breakdown), could be a synchronizer of epileptic activities. The hippocampal sclerosis seems to be the consequence of cortical alterations and progressively worsens. Although it is sclerosed, the hippocampus is strongly activated during the chronic phase of epilepsy showing its key role in the epileptic circuit

Suite aux traumatismes crâniens pénétrants, le cerveau devient graduellement hyperexcitable et génère des activités paroxystiques spontanées. Les mécanismes qui sous-tendent l’épileptogénèse demeurent cependant peu connus. La ligne directrice de nos travaux consiste en l'hypothèse que la diminution de l'activité corticale engendrée par la déafférentation déclenche des mécanismes homéostatiques agissant tant au niveau cellulaire qu’au niveau du réseau cortical, et qui mènent à une excitabilité neuronale accrue culminant en crises d’épilepsie. Nous avons testé cette hypothèse chez des chats adultes, lors de différents états de vigilance ou sous anesthésie, ayant subits une déafférentation partielle du gyrus suprasylvien. Nous avons évalué les effets de la déafférentation corticale aigue et chronique sur la survie des neurones et des cellules gliales et nous avons investigué comment la privation chronique d'afférences neuronales pourrait modifier les propriétés du réseau cortical et déclencher des crises d’épilepsie. Après la déafférentation du gyrus suprasylvien, les neurones situés dans les couches corticales profondes, en particulier les neurones inhibiteurs GABAérgiques, dégénèrent progressivement et parallèlement à une fréquence croissante des activités paroxystiques, notamment pendant le sommeil à ondes lentes. La privation chronique d'afférences neuronales et la perte de neurones activent les mécanismes homéostatiques de plasticité qui favorisent une plus grande connectivité neuronale, une efficacité plus élevée des connexions synaptiques excitatrices et des changements des propriétés neuronales intrinsèques. Ensemble, ces facteurs favorisent une excitation accrue du réseau cortical. L'activité corticale spontanée, mesurée par les taux moyens de décharge, augmente progressivement, en particulier pendant le sommeil à ondes lentes, caractérisé par des périodes silencieuses alternant avec des périodes actives. Ceci soutient, en outre, notre hypothèse concernant la participation des mécanismes de plasticité homéostatique. La dégénération des neurones des couches corticales profondes produit des changements importants dans la distribution laminaire de l'activité neuronale, qui est déplacée vers les couches plus superficielles, dans la partie déafferenté du gyrus. Ce changement dans la distribution de profils de profondeurs de décharges neuronales modifie également le déclenchement de l'activité corticale spontanée. Dans le cortex normal et dans la partie relativement intacte du gyrus suprasylvien, l'activité corticale est générée dans les couches corticales profondes. Pourtant, dans le cortex chroniquement déafferenté, l'oscillation lente et les activités ictales sont générées dans les couches superficielles et puis diffusent vers les couches plus profondes. Le traumatisme cortical induit également une importante gliose réactive et une altération de la fonction normale des cellules gliales, ce qui cause l’enlèvement dysfonctionnel du K+ extracellulaire et qui augmente l'excitabilité des neurones favorisant ainsi la génération d’activités paroxystiques. En conclusion, les mécanismes de plasticité homéostatique déclenchés par le niveau diminué d'activité dans le cortex déafferenté produisent une hyperexcitabilité corticale incontrôlable et génèrent finalement les crises d’épilepsie. Dans ces conditions, l’augmentation de l'activité corticale plutôt que la diminution avec des médicaments antiépileptiques pourrait être salutaire pour empêcher le développement de l'épileptogenèse post-traumatique.<br>After penetrating cortical wounds, the brain becomes gradually hyperexcitable and generates spontaneous paroxysmal activity, but the progressive mechanisms of epileptogenesis remain virtually unknown. The guiding line of our experiments was the hypothesis that the reduced cortical activity following deafferentation triggers homeostatic mechanisms acting at cellular and network levels, leading to an increased neuronal excitability and finally generating paroxysmal activities. We tested this hypothesis either in anesthetized adult cats, or during natural sleep and wake, using the model of partially deafferented suprasylvian gyrus to induce posttraumatic epileptogenesis. We evaluated the effects of acute and chronic cortical deafferentation on the survival of neurons and glial cells and how long-term input deprivation could shape up the properties of neuronal networks and the initiation of spontaneous cortical activity. Following cortical deafferentation of the suprasylvian gyrus, the deeply laying neurons, particularly the inhibitory GABAergic ones, degenerate progressively in parallel with an increased propensity to paroxysmal activity, mainly during slow-wave sleep. The chronic input deprivation and the death of neurons activate homeostatic plasticity mechanisms, which promote a gradual increased neuronal connectivity, higher efficacy of excitatory synaptic connections and changes in intrinsic cellular properties favoring increased excitation. The spontaneous cortical activity quantified by means of firing rate augments also progressively, particularly during slow-wave sleep, characterized by periods of silent states alternating with periods of active states, which supports furthermore our hypothesis regarding the involvement of homeostatic plasticity mechanisms. The degeneration of neurons in the deep cortical layers generates important changes in the laminar distribution of neuronal activity, which is shifted from the deeper layers to the more superficial ones, in the partially deafferented part of the gyrus. This change in the depth profile distribution of firing rates modifies also the initiation of spontaneous cortical activity which, in normal cortex, and in the relatively intact part of the deafferented gyrus, is initiated in the deep cortical layers. Conversely, in late stages of the undercut, both the cortical slow oscillation and the ictal activity are initiated in the more superficial layers and then spread to the deeper ones. Cortical trauma induces also an important reactive gliosis associated with an impaired function of glial cells, responsible for a dysfunctional K+ clearance in the injured cortex, which additionally increases the excitability of neurons, promoting the generation of paroxysmal activity. We conclude, that the homeostatic plasticity mechanisms triggered by the decreased level of activity in the deafferented cortex, generate an uncontrollable cortical hyperexcitability, finally leading to seizures. If this statement is true, augmenting cortical activity rapidly after cortical trauma rather than decreasing it with antiepileptic medication, could prove beneficial in preventing the development of posttraumatic epileptogenesis.<br>Inscrite au Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures