Soutenance de thèse de Estelle MOUBARAK

Ecole Doctorale
Sciences de la Vie et de la Santé
Spécialité
Biologie-Santé - Spécialité Neurosciences
établissement
Aix-Marseille Université
Mots Clés
canaux ioniques,potentiel d'action,dopamine,substance noire compacte,segment initial de l'axone,morphologie
Keywords
ion channels,action potential,dopamine,substancia nigra pars compacta,axon initial segment,morphology
Titre de thèse
Contraintes imposées par les propriétés morphologiques et biophysiques de l’axone et des dendrites sur l’activité électrique des neurones dopaminergiques de la substance noire compacte de rat
Constraints imposed by morphological and biophysical properties of axon and dendrites on the electrical behaviour of rat substantia nigra pars compacta dopaminergic neurons
Date
Monday 10 December 2018 à 14:00
Adresse
Inserm UMR1072 Faculté de Médecine – Secteur Nord Aix Marseille Université 51, boulevard Pierre Dramard 13015 Marseille France
Salle des thèses
Jury
Directeur de these Jean-Marc GOAILLARD INSERM
Rapporteur M. Jeremy NIVEN School of Life Sciences, University of Sussex
Rapporteur M. Maarten KOLE Faculty of Science, University of Utrecht
Examinateur Mme Alice GUYON CNRS
Examinateur Fabien TELL Aix-Marseille Université
Examinateur M. Dominique ENGEL GIGA-Neurosciences, Liège Université

Résumé de la thèse

L’activité électrique des neurones est déterminée par des interactions complexes entre leurs propriétés morphologiques et biophysiques. Les neurones dopaminergiques de la substance noire compacte (SNc) présentent une activité spontanée régulière tonique (pacemaker) et une caractéristique morphologique peu commune parmi les neurones de mammifères: leur axone émerge fréquemment d’une dendrite à une distance très variable du soma et non directement du corps cellulaire. Malgré cette importante variabilité dans la localisation de l’axone, peu d’articles ont été consacrés à l’étude d’un lien potentiel entre morphologie neuronale et activité électrique dans ces cellules. Dans un premier article, nous avons exploré l’importante variabilité de cellule à cellule observée dans les neurones dopaminergiques de la SNc en caractérisant de nombreux paramètres incluant la morphologie du segment initial de l’axone (AIS) et des dendrites, l’activité spontanée, la dynamique et la propagation du potentiel d’action ainsi que les densités de courants sodium et potassium exprimés dans le compartiment somatodendritique. Nos résultats suggèrent que la géométrie de l’AIS n’affecte pas significativement la forme du potentiel d’action ni l’activité pacemaker. En revanche, l’activité électrique est influencée par la morphologie et les conductances somatodendritiques. Dans une seconde étude, nous avons caractérisé le développement morphologique des neurones dopaminergiques au cours des trois premières semaines post-natales. Nous avons pu montrer que la géométrie de l’AIS ne semble pas jouer de rôle majeur dans le contrôle de l’activité électrique quel que soit l’âge étudié. Nous avons également observé une croissance asymétrique de l’arbre dendritique entre P3 et P21 : en effet, la dendrite portant l’axone semble se complexifier et s’allonger plus que les dendrites ne portant pas l’axone. Nos résultats suggèrent que cette asymétrie survenant chez l’adulte induit une contribution différente de la dendrite portant l’axone et des dendrites ne portant pas l’axone à la forme du potentiel d’action. Ces deux études effectuées au cours de ma thèse suggèrent que les neurones dopaminergiques de la SNc sont extrêmement robustes aux variations morphologiques de l’axone observées d’une cellule à l’autre. Les particularités morphologiques et biophysiques de leur arborisation dendritique semblent considérablement minimiser l’influence de l’AIS sur leur activité électrique.

Thesis resume

Neuronal output is defined by the complex interplay between the biophysical and morphological properties of neurons. Dopaminergic neurons of the substantia nigra pars compacta (SNc) are spontaneously active and generate a regular pacemaking activity. Interestingly, while most mammalian neurons have an axon emerging from the soma, the axon of dopaminergic neurons often arises from a dendrite at highly variable distances from the soma. Despite this large cell-to-cell variation in axon location, few studies have tried to unravel the potential link between neuronal morphology and electrical behaviour in this cell type. In a first article, we explored the high degree of cell-to-cell variability found in dopaminergic neurons by characterising several parameters including the morphology of the axon initial segment (AIS) and the dendrites, pacemaking activity, action potential dynamics and propagation, as well as the density of sodium and potassium currents expressed in the somatodendritic compartment. While AIS geometry did not seem to significantly affect action potential shape or pacemaking activity, we found that the electrical behaviour of dopaminergic neurons was particularly sensitive to somatodendritic morphology and conductances. In a second study, we characterised the morphological development of dopaminergic neurons during the first three post-natal weeks. Regardless of the age of the animals, AIS geometry did not seem to play a major role in controlling the electrical behaviour of dopaminergic neurons. Interestingly, we observed an asymmetric development of the dendritic tree between P3 and P21, favouring the elongation and complexity of the axon-bearing dendrite compared to the non-axon bearing ones. Our results suggest that this asymmetry, arising in mature neurons, is associated with different contributions of the axon-bearing and non-axon bearing dendrites to action potential shape. Overall, the two studies performed during my PhD suggest that dopaminergic neurons of the SNc are highly robust to cell-to-cell variations in axonal morphology. The peculiar morphological and biophysical profile of the dendritic arborisation attenuates the role of the AIS in shaping electrical behaviour in this neuronal type.