Rozprawy doktorskie na temat „Noyau trijumeau”

Le but du travail exposé dans ce mémoire était de mettre en évidence l'implication du sous-noyau oral du complexe sensitif trigéminal du rat dans les processus de transfert des messages nociceptifs issus de la sphère oro-faciale. Dans une première étape, nous avons montré que la désafférentation du sous-noyau caudal n'empêchait pas l'enregistrement de neurones nociceptifs à champs trigéminaux (buccaux et péribuccaux essentiellement) dans le complexe ventrobasal du thalamus. Ainsi, la partie rostrale du noyau spinal semble être un relais nociceptif, entre les champs récepteurs trigéminaux les plus rostraux et le thalamus. Dans une deuxième étape, l'exploration électrophysiologique systématique du sous-noyau oral a révélé que de nombreux neurones nociceptifs pouvaient y être enregistrés et que la quasi totalité d'entre eux avait un champ récepteur localisé dans ou autour de la cavité buccale. Le sous-noyau oral semble donc être un important relais pour les afférences primaires nociceptives issues de ces régions. Enfin, la stimulation chimique nociceptive par injection sous-cutanée de formol nousa fourni des informations complémentaires concernant les propriétés fonctionnelles des neurones du sous-noyau oral. Cette modalité de stimulation évoque chez l'animal éveillé une réponse comportementale dont le décours stéréotypé comporte deux phases, l'une précoce et de courte durée, l'autre tardive et de durée prolongée. Ce décours temporel a été observé pour les réponses de certains neurones nociceptifs non-spécifiques du sous-noyau oral lorsque le formol était injecté dans leur champ récepteur excitateur. En revanche, les réponses des neurones nociceptifs spécifiques étaient limitées à la 1ère phase. Les mécanismes possibles à l'origine de ces différences sont discutés.

Une étude anatomique a été conduite pour mettre en évidence des voies réciproques rubro-trigéminales et trigémino-rubrales. Le transport axonal d'or colloïdal-WGA injecté dans le noyau rouge et le transport axonal antérograde de biocytine depuis le noyau sensitif principal du trijumeau ont permis d'établir une voie trigémino-rubrale. Le transport axonal antérograde de biocytine depuis le noyau rouge confirme une voie trigémino-rubrale. Le transport axonal rétrograde de peroxydase ou de Dextran-fer depuis le thalamus ou le colliculus confirme l'existence de relations trigémino-thalamiques et trigémino-tectales. Cette technique de double marquage met en évidence des branchements axonaux entre ces différentes structures. Le transport axonal de peroxydase ou de Dextran-fer depuis le cervelet confirme l'existence de relations trigémino-cérébelleuses. L'injection simultanée dans le thalamus n'a pas permis de mettre en évidence des branchements axonaux entre ces structures. Les relations trigémino-rubrales ont été confirmées par des enregistrements cellulaires dans le noyau sensitif principal du V controlatéral, le sous-noyau oral controlatéral, la formation réticulée controlatérale et dans le noyau moteur ipsilatéral et la formation réticulée ipsilatérale. Notre étude confirme l'hypothèse selon laquelle la formation de la zone réticulée parvocellulaire est une zone d'intégration des informations sensitives trigéminales et des fonctions motrices. Elle y adjoint le sous-noyau oral et démontre un contrôle du noyau rouge comparable à celui existant au niveau spinal.

Les contrôles inhibiteurs diffus induits par stimulation nociceptive (CIDN) représententun des contrôles endogènes descendants de la douleur, qui modulent l'activité desneurones spinaux et trigéminaux. Ils sont sous-tendus par une boucle faisant intervenirdes structures supraspinales. Les réseaux neuronaux qui y sont impliqués sont peuconnus. Par ailleurs, le noyau raphé magnus (NRM) joue un rôle important dans lamodulation descendante de l'activité nociceptive des neurones spinaux et trigéminaux.Cette modulation est à la fois excitatrice et inhibitrice. En effet, l'activation des cellulesON du NRM facilite la transmission nociceptive, alors que l'activation des cellules OFFdu NRM inhibe cette transmission.Dans ce travail, nous nous sommes proposés d’étudier, par une approche électrophysiologiquein vivo, le rôle du NRM dans les contrôles endogènes de la nociception trigéminale.Nous avons alors évalué les effets du blocage pharmacologique du NRM, par la microinjectionde différentes substances bloquant sélectivement ou totalement les cellules ON et/ou OFF duNRM, sur les réponses des neurones à convergence trigéminaux évoquées par des stimulationsnociceptives et non nociceptives et sur les CIDN. Parallèlement, nous avons évalué l'effet dublocage de ce noyau sur la pression artérielle basale et la variation de la pression artérielleévoquée par des stimulations nociceptives.Nos travaux d’électrophysiologie ont permis de montrer que l'inactivation du NRM est àl'origine de trois effets principaux: la facilitation des réponses des neurones àconvergence trigéminaux dues à la mise en jeu des fibres C, la facilitation des réponsesneuronales évoquées par des stimulations mécaniques nociceptives et non nociceptiveset la réduction des CIDN. Ainsi, le NRM semble être impliqué dans les contrôlestoniques et phasiques de la nociception trigéminale. Ces effets dépendent probablementdes neurones OFF ainsi que des neurones sérotoninergiques du NRM. Nos résultatsindiquent également que le NRM est impliqué dans la modulation de la pressionartérielle, que ce soit basale ou déclenchée par une stimulation nociceptive.De façon intéressante, ce travail a permis d'apporter des données nouvelles concernantle réseau neuronal sous-tendant les CIDN. Il semble que de multiples voies ascendanteset descendantes contribuent à ces contrôles inhibiteurs descendants de la douleur. Lesvoies ascendantes impliquent: une voie partant des couches profondes de la moelle etprojetant sur la partie caudale du tronc cérébral et une autre voie partant des couchessuperficielles de la moelle exprimant les récepteurs NK1 et projetant plus rostralementsur le noyau parabrachial. Les voies descendantes impliquent une voie dopaminergiqueet une voie sérotoninergique prenant respectivement origine dans l'hypothalamus et leNRM.En conclusion, nous suggérons qu'un dysfonctionnement du NRM est à l'origine d'unerupture de l'équilibre entre les contrôles inhibiteurs et facilitateurs de la douleurexercés depuis cette structure, au profit d'une augmentation des effets facilitateurset/ou une réduction des effets inhibiteurs. Ce déséquilibre pourrait être à l'origined'une déficience des CIDN ainsi qu'une accentuation des états d'hyperalgésie etd'allodynie, accompagnant les douleurs chroniques
Absent

Les premières semaines postnatales sont essentielles pour le développement de la sensibilité à la douleur et sont associées à une réorganisation structurelle et fonctionnelle des systèmes sensoriels. Les interneurones localisés dans la couche II interne (IIi) du sous noyau caudal du trijumeau (Sp5C), premier relais de l’information tactile et nociceptive orofaciale, sont des éléments clés des circuits responsables de l’allodynie mécanique orofaciale. L’objectif de ce travail de thèse est d’étudier le développement postnatal, à la fois morphologique (en utilisant l’immunohistochimie et l’analyse morphologique tridimensionnelle) et fonctionnel (enregistrements en patch-clamp sur tranches de Sp5C), de ces interneurones. Nous nous sommes d’abord intéressés à une population très particulière d’interneurones de la couche IIi, qui expriment l’isoforme gamma de la protéine kinase C (PKCγ). Au stade le plus précoce de notre étude (3 jours postnataux, P3), les interneurones PKCγ sont présents dans toutes les couches superficielles sauf, précisément, la couche IIi. Ce n’est qu’à P6 que les premiers interneurones PKCγ peuvent être observés dans cette couche. Leur nombre y croît ensuite progressivement jusqu’à P11-15. A cet âge, leur nombre dans la couche IIi est quasiment identique à celui observé aux âges plus tardifs. De plus, nous montrons que cette augmentation du nombre d’interneurones PKCγ dans la couche IIi n’est liée ni à une prolifération cellulaire ni à l’arrivée progressive des fibres afférentes nociceptives dans le Sp5C. Nous avons également étudié le développement des interneurones de la couche IIi dans leur ensemble. Ces neurones sont l’objet d’un grand nombre de changements morphologiques, aussi bien au niveau de leur soma (augmentation du volume) que de leurs neurites (augmentation de leur longueur combinée à une diminution de leur nombre et de leurs ramifications). Sur le plan fonctionnel, les neurones de la couche IIi, à la naissance, sont plus dépolarisés, ont une rhéobase plus basse – ils seraient donc plus excitables – et montrent plus fréquemment un profil de décharge avec un seul potentiel d’action, comparés aux mêmes interneurones chez l’adulte.Toutes ces modifications structurelles et fonctionnelles des interneurones de la couche IIi du Sp5C pourraient contribuer au développement de la sensibilité orofaciale
The first postnatal weeks are pivotal for the development of pain sensitivity and are associated with structural and functional reorganization of sensory systems. Interneurons located in the inner part of lamina II(IIi) of the caudal trigeminal subnucleus (Sp5C), the first central node in orofacial tactile and nociceptive pathways, are key elements in circuits underlying the orofacial mechanical allodynia. The aim of this thesis is to study the morphological (by using immunohistochemistry and tridimensional morphological analysis) and functional (by using whole-cell patch-clamp recordings) postnatal development of these interneurons. First, we looked at a very specific population of lamina IIi interneurons expressing the gamma isoform of the protein kinase C (PKCγ). At the earliest stage of our study (3 postnatal days, P3), PKCγ interneurons are present in all superficial layers but PKCγ interneurons can be observed in lamina IIi only at P6. The number of PKCγ interneurons within this lamina then increases gradually up to P11-15. At this age, the number of PKCγ interneurons in lamina IIi is almost the same as that at later ages. Interestingly, we show that neither cell proliferation nor the gradual projection of nociceptive fibers within the Sp5C accounts for such increase. We also studied the development of the whole population of lamina IIi interneurons. These interneurons undergo a large number of morphological changes, in their soma (increased volume) as well as neurites (concomitant increase in length and decrease in number and branching). Furthermore, according to electrophysiological properties, lamina IIi interneurons, at birth, are more depolarized, have a lower rheobase – suggesting that they are more excitable – and exhibit more frequently a single action potential discharge profile compared with mature ones. All these structural and functional changes of lamina IIi interneurons might contribute to the development of orofacial sensitivity

Chez le mouton les neurones de la reticulee profonde du bulbe assurent au sein du "centre deglutiteur" l'articulation entre l'etage qui programme (interneurone de la region du noyau du faisceau solitaire) et l'etage qui execute (motoneurones)

Les mouvements masticatoires sont générés par un réseau neuronal localisé dans le tronc cérébral connu sous le nom de générateur de patron central (GPC). De plus en plus d’évidences dans la littérature associent le noyau sensoriel principal du trijumeau (NVsnpr) au cœur rythmogène du GPC masticatoire, bien qu’il soit traditionnellement considéré comme un relais sensoriel au thalamus. La présente étude amène une nouvelle preuve de connectivité fonctionnelle entre le NVsnpr et le noyau moteur du trijumeau (NVmt) contenant les motoneurones (MNs) innervant les différents muscles masticatoires. Nos résultats indiquent que les neurones projetant vers NVmt sont situés dans le ¾ dorsal du NVsnpr. La stimulation électrique dans le NVsnpr dorsal évoque des réponses synaptiques excitatrices multiphasiques dans les MNs trigéminaux tandis que l'application locale de BAPTA, connue pour induire une activité rythmique dans les neurones du NVsnpr, évoqua aussi une activité rythmique dans les MNs, supportant davantage la relation fonctionnelle entre ces deux noyaux en termes de transmission de rythme. En imagerie calcique, la stimulation électrique de NVsnpr évoquait des réponses calciques dans les MNs situées principalement dans la région dorsolatérale contenant les MNs des muscles de fermeture et révéla un patron spécifique de connectivité entre les deux noyaux. L'organisation des projections semblait dépendre de manière critique de la localisation dorso-ventrale du site de stimulation au sein du NVsnpr. La principale tendance observée concernait la région DL de NVmt recevant des inputs du NVsnpr dorsal (R1 et R2), alors que la région ventromédiane de NVmt recevait plutôt des inputs de R2 et R3, qui représentent la majeure partie de la région intermédiaire du NVsnpr. Cette étude confirme et développe les expériences antérieures en explorant la nature physiologique et la topographie fonctionnelle de la connectivité entre NVsnpr et NVmt.
Masticatory movements are generated by a brainstem neuronal network known as the central pattern generator (CPG). Increasing evidence associate the trigeminal main sensory nucleus (NVsnpr) to the rhythmogenic heart of the masticatory CPG, despite the fact that it is conventionally seen as a sensory relay to the thalamus. The present study provides new evidence of a functional connectivity between NVsnpr and the trigeminal motor nucleus (NVmt), known to contain all the motoneurons (MNs) innervating jaw muscles. Our results indicate that neurons projecting to NVmt are located in the dorsal ¾ region of NVsnpr. Electrical stimulation of the dorsal NVsnpr induced multiphasic excitatory synaptic responses in trigeminal MNs while BAPTA application, which causes NVsnpr neurons to fire rhythmically, also induced rhythmic firing in some MNs, further emphasizing the functional relationship between these two nuclei in terms of rhythm transmission. In our calcium imaging experiments, electrical stimulation of NVsnpr evoked calcium responses in MNs located mainly in the jaw-closing region of NVmt and revealed a specific pattern of connectivity between the two nuclei. The organization of the projections seemed to depend critically on the dorsoventral location of the stimulation site within NVsnpr. The dorsolateral region of NVmt received mainly inputs from the dorsal NVsnpr (R1 and R2), whereas the ventromedial region of NVmt was found to receive inputs from R2 and R3 which account for the major part of the intermediate division of the NVsnpr. This study confirms and develops earlier experiments by exploring the physiological nature and functional topography of the connectivity between NVsnpr and NVmt that was demonstrated in the past with neuroanatomical techniques.

La communication entre les neurones est fondée sur leur capacité à changer leur patron de décharge pour l’encodage de différents messages. Pour plusieurs fonctions vitales, comme la respiration et la mastication, les neurones doivent pouvoir générer des patrons d’activité répétitifs, et les groupes de neurones responsables de ces décharges rythmiques sont des générateurs de patron central (GPC). En dépit de recherches soutenues, les mécanismes précis qui sous-tendent la rythmogénèse dans les GPCs ne sont pas bien définis. Le plus souvent, la potentielle contribution des astrocytes demeure grandement inexplorée, même si ces cellules sont aujourd’hui connues pour leur implication dans la modulation synaptique neuronale. Pour nos travaux, le noyau sensoriel principal du trijumeau (NVsnpr) a été pris comme modèle à cause de son rôle central dans les mouvements rythmiques de la mastication. Dans ce noyau, des travaux antérieurs ont montré que la décharge en bouffées rythmiques est déclenchée dans les neurones lorsque la concentration de calcium extracellulaire ([Ca2+]e) est artificiellement baissée. Nous fondant sur cette observation, notre première hypothèse a postulé que la baisse de la [Ca2+]e pouvait survenir de façon physiologique en lien avec des stimulations sensorielles pertinentes. Deuxièmement, parce que les astrocytes ont été impliqués dans le tamponnage et l’homéostasie d’ions extracellulaires comme le K+, nous avons postulé que ces cellules pouvaient jouer un rôle équivalent dans le contrôle de la [Ca2+]e. Nos résultats montrent que les astrocytes peuvent réguler la [Ca2+]e et ainsi contrôler la capacité des neurones à changer leur patron de décharge. Premièrement, en stimulant les afférences sensorielles au NVsnpr, nous avons montré que des baisses physiologiques de la [Ca2+]e sont observées en parallèle à l’apparition de bouffées rythmiques neuronales. Deuxièmement, nous avons démontré que les astrocytes répondent aux mêmes stimuli qui induisent l’activité rythmique neuronale, et que leur blocage avec un chélateur de Ca2+ empêche les neurones de générer un patron de décharge en bouffées rythmiques. Cette habilité est rétablie en rajoutant la S100β, une protéine astrocytaire liant le Ca2+, dans le milieu extracellulaire, alors que l’anticorps anti-S100β empêche l’activité rythmique. Ces résultats indiquent que les astrocytes régulent une propriété neuronale fondamentale : la capacité à changer de patron de décharge. Ainsi, les GPCs dépendraient des fonctions intégrées des astrocytes et des neurones. Ces découvertes pourraient avoir des implications transposables à plusieurs autres circuits neuronaux dont la fonction dépend de l’induction d’activité rythmique.
Communication between neurons rests on their capacity to change their firing pattern to encode different messages. For several vital functions, such as respiration and mastication, neurons need to generate a repetitive firing pattern, and the groups of neurons responsible for these rhythmic discharges are called central pattern generator (CPG). Despite intense research in this field, the exact mechanisms underlying rhythmogenesis in CPGs are not completely defined. In most instances, the potential contribution of astrocytes is largely unexplored, even though these cells are now well known to be involved in neuronal synaptic modulation. In our work, the trigeminal main sensory nucleus (NVsnpr) was used as a model owing to its central role in the rhythmic movement of mastication. Previous work have shown that rhythmic bursting discharge is triggered in NVsnpr neurons when extracellular calcium concentration ([Ca2+]e) is artificially decreased. Based on this observation, our first hypothesis postulated that the reduction of [Ca2+]e could also happen physiologically in relation to relevant sensory stimulation. Secondly, because astrocytes have been involved in the buffering and the homeostasis of extracellular ions like potassium, we have postulated that these cells could also play a role in the control of [Ca2+]e. The results presented in this thesis show that astrocytes can regulate [Ca2+]e and thus control the ability of neurons to change their firing pattern. First, we showed that stimulation of sensory afferent fibers to the NVsnpr induced neuronal rhythmic bursting and in parallel reduction of [Ca2+]e . Secondly, we have demonstrated that astrocytes respond to the same sensory stimuli that induce neuronal rhythmic activity, and their blockade with a Ca2+ chelator prevents generation of neuronal rhythmic bursting. This ability is restored by adding S100β, an astrocytic Ca2+-binding protein, to the extracellular space, while the application of an anti- S100β antibody prevents generation of rhythmic activity. These results indicate that astrocytes regulate a fundamental neuronal property: that is the capacity to change their firing pattern. Thus, CPG functions result from integrated neuronal and glial activities. These findings may have broad implications for many other neural networks whose functions depend on the generation of rhythmic activity.

Le mouvement masticatoire est généré et coordonné par un générateur de patron central (GPC) situé au niveau du pont. Plusieurs résultats antérieurs de notre laboratoire soutiennent que le réseau de neurones à l’origine de la rythmogénèse est situé dans le noyau sensoriel principal du nerf trijumeau (NVsnpr). Ces mêmes expériences révèlent que des diminutions de la concentration calcique extracellulaire ([Ca2+]e) tiennent une place importante dans la génération des bouffées de décharges des neurones de cette région. Notre laboratoire tente de vérifier si la contribution des astrocytes à l’homéostasie de la concentration calcique extracellulaire est impliquée dans la genèse du rythme. Cette étude a pour but la caractérisation spatiale du syncytium astrocytaire au sein du NVsnpr dorsal et l’étude de l’effet de la [Ca2+]e sur les propriétés astrocytaires électrophysiologiques et de connectivité. Nous avons utilisés pour ce faire la technique d’enregistrement par patch-clamp sur une préparation en tranche de tronc cérébral de rat. Nous démontrons ici que la diminution de la [Ca2+]e n’affecte pas les propriétés électrophysiologiques astrocytaires, mais induit une augmentation de la taille du syncytium. De plus, nous établissons l’existence au sein du NVsnpr dorsal d’une organisation anatomofonctionnelle du réseau astrocytaire calquée sur l’organisation neuronale.
The masticatory movement is generated and coordinated by a central pattern generator (CPG) located in the pons. Previous results from our laboratory suggest that the neural network responsible for its rythmogenesis is located in the trigeminal main sensory nucleus (NVsnpr). Moreover, results indicate that in this region, decrease in extracellular calcium concentration ([Ca2+]e) plays an important role in genarating burst. One of our laboratory's goal is to assess if the contribution of astrocytes to the extracellular calcium concentration homeostasis is involved in the genesis of the mastication rhythm. With this study, we characterized the astrocyte syncytium within the NVsnpr and measured the effect of [Ca2+]e on the astrocytes electrophysiology and their networks. A patch-clamp recording technique in conjunction with a rat brain stem slice preparation was used. We demonstrate that a decrease in [Ca2+]e does not affect the electrophysiological properties of astrocytes but induces an increase in the size of the syncytium. We also report the existence, within the dorsal NVsnpr, of an anatomofunctional organization between neurons and astrocytes.